Penyebab spesifik SAD masih belum diketahui. Namun beberapa faktor mampu meningkatkan seseorang untuk mengidap SAD. Salah satu faktanya adalah wanita memiliki potensi empat kali lebih besar daripada pria. Faktor zat kimia otak seperti serotonin juga memberikan pengaruh karena mampu menurunkan suasana hati.
Satu studi menemukan bahwa orang-orang dengan SAD memiliki 5% lebih banyak protein transporter serotonin di musim dingin daripada bulan-bulan musim panas. Akibatnya, produksi serotonin pun menurun dan merubah suasan hati.
Orang dengan SAD juga dapat memproduksi hormon melatonin secara berlebihan. Kegelapan meningkatkan produksi melatonin, yang bergungsi mengatur tidur. Ketika hari-hari di musim dingin menjadi lebih pendek, produksi melatonin meningkat, membuat orang-orang dengan SAD merasa lebih mengantuk dan lebih lesu.
Kurangnya produksi vitamin D pun dipercaya menjadi salah satu penyebabnya karena merupakan salah satu yang mampu mengaktivasi serotonin.