L'adénomyose est une pathologie complexe dont la physiopathologie exacte reste encore mal comprise. Plusieurs théories tentent d'expliquer son développement. La théorie de l'invagination propose que les cellules endométriales pénètrent dans le myomètre à travers des brèches ou des lésions, souvent causées par des traumatismes obstétricaux ou des interventions chirurgicales. 
Une autre théorie suggère que l'adénomyose résulte de la métaplasie des cellules myométriales en cellules endométriales sous l'influence de facteurs hormonaux. Les facteurs de risque incluent les antécédents de grossesse, les interventions chirurgicales utérines, et les anomalies congénitales de l'utérus. 
Les déséquilibres hormonaux, en particulier une exposition prolongée aux œstrogènes, jouent également un rôle crucial. Les études montrent que les femmes atteintes d'adénomyose ont souvent des niveaux élevés de récepteurs aux œstrogènes et à la progestérone dans le myomètre. 
L'inflammation chronique et les anomalies du système immunitaire local peuvent aussi contribuer à la progression de la maladie. Les cytokines pro-inflammatoires et les facteurs de croissance favorisent la prolifération des cellules endométriales ectopiques et l'angiogenèse, facilitant ainsi l'infiltration du myomètre.