1931年Churchill首先肯定水中氟含量過高是本症的病因。同年smith用氟化物作大鼠實驗，證明氟含量過高可產生此症。一般認為水中含氟量以1ppm（1mg/L）為宜，該濃度能有效防齲，又不致發生氟牙症。但個體因素及其它生活條件，對氟的感受性也有一定差異。飲用水是攝入氟的一個最大來源，水氟攝入是按：①人的年齡；②氣候條件；以及③飲食習慣而綜合決定的。水氟的最適濃度主要又取決於當地的年平均最高氣溫，美國為0.7～1.2ppm；廣州約為0.7ppm。我國地域遼闊，南北氣溫相差甚大，因此不能只有一個適宜濃度。故我國現行水質標准氟濃度為0.5～1ppm應是適宜的。
食物中氟化物的吸收，取決於食物中無機氟化物的溶解度，以及鈣的含量。如果加入鈣的化合物，則氟的吸收就顯著減少。動物實驗證實：充分的維生素A、D和適量的鈣、磷，可減輕氟對機體的損害。這說明含氟量過高，並不是造成氟牙症的唯一原因，因為水中含氟量稍高的地區，也不是人人皆罹患此症。
另外，能否發生氟牙症還取決於過多氟進入人體的進機。氟主要損害釉質發育期牙胚的造釉細胞，因此，過多的氟只有在牙齒發育礦化期進入機體，才能發生氟牙症。若在6、7歲之前，長期居住在飲水中氟含量高的流行區，即使日後遷往他處，也不能避免以後萌出的恆牙受累；反之，如7歲後才遷入高氟區者，則不出現氟牙症。
鹼性磷酸酶可以水解多種磷酸脂，在骨、牙代謝中提供充分無機磷，作為骨鹽形成的原料。當氟濃度增高時，可抑制鹼性磷酸酶的活力，而造成釉質發育不良、礦化不全和骨質變脆等骨骼疾患。結果是柱間質礦化不良和釉柱的過度礦化。這種情況在表層的釉質更顯著；表層釉質含氟量是深層釉質的10倍左右。所以氟牙症表層釉質呈多孔性，易於吸附外來色素，如錳、鐵化合物而產生氟斑。重型氟牙症的微孔量可高達10%～25%，位於釉柱間，並沿橫紋分布。如果這種多孔性所占的體積大，釉質表面就會塌陷，形成窩狀釉質發育不全。
