Patogenesis dan patofisiologi Preeclampsia merupakan penyakit yang rumit, multisistem, dan banyak penelitian yang mencoba untuk menjelaskan patogenesisnya. Invasi abnormal jaringan trofoblas ke dalam dinding uterus maternal pada sekitar usia kehamilan 12 13 minggu diduga menyebabkan terjadinya preeclampsia awitan dini. Pada preeclampsia, sel trofoblastik extravilus gagal menginvasi melalui desidua ke dalam lapisan miometrium, sehingga aliran darah arteri spiral tetap berada pada keadaan resistensi tinggi dan aliran yang sedikit, dan berakhir pada terjadinya hipoperfusi dan hipoksemia pada plasenta. Investigasi pada mekanisme selular dan patologi yang terjadi pada remodeling arteri spiral telah mengarahkan pengertian yang lebih baik mengenai peranan imunologi pada preeclampsia. Sitokin dan growth factor termasuk TNF (tumor necrosing factor) diproduksi oleh sel trofoblastik dan merupakan area yang penting pada penelitian mengenai etiologi preeclampsia. Perburukan pada respon imunitas maternal yang kemungkinan disebabkan oleh tekanan oksigen yang lebih rendah dari keadaan normal dan ekspresi berlebihan faktor angiogenik dapat menjelaskan mengapa invasi trofoblas yang abnormal terjadi pada beberapa kehamilan. Hipoksia plasenta disebabkan oleh pelepasan sitokin dan faktor inflamasi yang berakibat pada kerusakan endothelial maternal. Kerusakan endothelial merupakan hal terpenting pada banyaknya efek patofisiologi preeclampsia (HELLP, penyakit cerebrovaskular, hipertensi) dan menyebabkan ketidakseimbangan antara tromboxan dan prostasiklin yang berakibat pada terganggunya sirkulasi uteroplasenta. Disfungsi trombosit yang disebabkan preeclampsia dengan aktivasi trombosit yang dimediasi permukaan menurunkan sensitifitas terhadap prostasiklin dan meningkatkan pelepasan tromboxan dan serotonin, menyebabkan agregasi trombosit lebih lanjut dan upregulasi sistem rennin angiotensin aldosteron pada sirkulasi uteroplasental. Genetic juga terlibat dalam pathogenesis preeclampsia. Wanita dengan keluarga yang pernah terkena preeclampsia lebih cenderung mengalami preeclampsia. Yang menarik, seorang laki-laki yang lahir dari kehamilan preeclampsia lebih cenderung menjadi ayah pada kehamilan yang mengalami preeclampsia. Pola familial ini berkaitan dengan penyakit yang lebih parah.