黄体功能不足的发病机制主要是黄体期失调所致。黄体的形成和合成，分泌孕酮的功能与排卵前的LH(促黄体生成激素)峰及黄体期的LH持续分泌有关，经证实在黄体期的中期用GnRH(促性腺激素释放激素)拮抗剂后孕酮突然降低，若加HCG则孕酮可回升。
此外，尚发现黄体功能不足时LH排卵峰和中、晚期黄体期的LH水平均明显低于对照组，正常黄体期LH脉冲分泌的特点是频率低、幅度高，当黄体期LH脉冲分泌的频率或幅度异常时，都会影响黄体功能。
近年发现运动量过大和体重过轻均易发生黄体功能不足。强烈运动者常有黄体功能不足，且LH脉冲频率低，而慢跑锻炼者却无此现象。突然的强烈运动会影响卵泡生成，继而影响黄体功能，使孕酮的合成减少。
体重过轻会导致黄体功能不足，甚至出现闭经。尚发现以素食为主，低热量时体重未降，但LH脉冲频率降低，黄体功能不足。在早、中期黄体期以大黄体细胞为主，分泌的孕酮2倍于小黄体细胞。在中、晚期黄体期大黄体细胞对LH反应日渐变差，此时的孕酮主要由小黄体细胞分泌，故大黄体细胞缺陷则导致早、中期黄体功能不足，而晚期黄体功能不足系小黄体细胞功能缺陷。
有报道认为早、中期黄体期孕酮分泌不足，主要影响子宫内膜腺体;晚期黄体期孕酮分泌不足时主要影响子宫内膜的间质。
虽黄体的主要功能是分泌孕酮使内膜成熟，但黄体分泌的雌激素具协同作用，若中期黄体期时雌、孕激素的比值升高或下降均影响子宫内膜，此事实已在体外受精中被证实。
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