Na doença de Graves, o principal mecanismo imunopatológico é a produção de anticorpos que estimulam o receptor do hormônio estimulador da tireoide (TSH). Esses anticorpos, conhecidos como anticorpos anti-receptor de TSH, mimetizam a ação do TSH, levando à superprodução de hormônios tireoidianos (T3 e T4) e, consequentemente, ao hipertiroidismo. Essa ativação excessiva da tireoide é o que caracteriza a doença.