原發性痛經的發生主要與月經來潮時子宮內膜前列腺素含量增高有關。研究表明，痛經患者子宮內膜和月經血中前列腺素F2和E2的含量均較正常婦女明顯升高，其中F2的含量升高是造成痛經的主要原因。F2和E2是花生四烯酸脂肪酸的衍生物，在月經的周期中分泌期子宮內膜前列腺素濃度要較增殖期子宮內膜的要高，月經期因為溶酶體酶溶解子宮內膜細胞而大量的釋放前列腺素，使前列腺素F2和E2的含量明顯增高。前列腺素F2的含量增高，可以引起子宮平滑肌過強的收縮，血管痙攣，造成子宮缺血、缺氧狀態，而出現痛經，增多的前列腺素進入血液循環，還可引起心血管和消化道等癥狀。血管加壓素、內源性縮宮素以及β-內啡肽等物質的增加也與原發性痛經有關。此外原發性痛經還受精神、神經因素的影響，疼痛的主觀感受也與個體痛閾有關。無排卵的增殖期，子宮內膜因無孕酮刺激所含前列腺素濃度很低，通常不發生痛經。