De preciezee oorzaak van het syndroom van Reye is tot op de dag van vandaag nog altijd onbekend, maar de aandoening wordt met name waargenomen bij kinderen na het doormaken van een virusinfectie, zoals de griep of waterpokken. De aandoening is tevens een zeldzame complicatie van het gebruik van aspirine. Deze is het gevolg van een aangeboren stoornis in de stofwisseling. Bij het syndroom van Reye ontstaan afwijkingen aan de mitochondriën, de onderdelen van een cel welke de energiehuishouding regelen. Daardoor hoopt zich vet in diverse delen van het lichaam op, in het bijzonder in lever, de nieren, de alvleesklier en het hart. In de hersenen leidt het syndroom van Reye tot een vochtophoping (dit wordt cerebraal oedeem genoemd) waardoor de druk in de schedel (de zogenaamde intracraniële druk) toe zal nemen en de toevoer van bloed naar de hersenen juist af zal nemen. Dergelijke afwijkingen, samen met overige bestaande aandoeningen welke bijvoorbeeld voorkomen bij virusinfecties, zoals een verlaagd bloedsuikergehalte (hypoglykemie) in het bloed of een verlaagd zuurstofgehalte in de cellen (hypoxie), hebben de divers symptomen van het syndroom van Reye tot gevolg.
Het syndroom van Reye ontstaat vaak na afloop van een virusinfectie, in de week dat men bezig is te herstellen van de ziekte. Het eerste symptoom is constant braken, hierna treden veranderingen in het gedrag van de patiënt op zoals agressiviteit en geïrriteerdheid. Wanneer de ziekte dan niet vastgesteld en behandeld wordt dan verandert eveneens het bewustzijn, wordt het reactievermogen minder en ontstaat er epilepsie. Uiteindelijk kan er een bewusteloosheid optreden waaruit het kind niet gewekt kan worden, een zogenaamd coma. Ten gevolge van het syndroom van Reye is het zelfs mogelijk dat een patiënt die niet, of niet op de juiste wijze of op tijd, wordt behandeld komt te overlijden.