關于威爾遜病發生機制有以下幾個學說：
①該類患者膽汁中與銅結合的正常物質缺陷，可能是鵝脫氧膽酸與牛磺酸結合缺陷，導致膽汁分泌銅功能障礙。不支持這一學說的證據是：該類患者膽汁銅結合蛋白沒有質的改變，而且沒有證據表明該類患者存在膽酸代謝異常。
②肝臟銅結合蛋白合成異常，導致蛋白對銅的親合力增加，支持這一學說的證據有，Wilson病患者銅結合蛋白（肝臟銅蛋白）對銅的結合常數是原發性膽汁性硬化患者該常數的4倍，但人們對資料的分析方法提出質疑，因而，Wilson病中異常蛋白對銅的高親和力是否就是Wilson病的形成機制有待進一步闡明。
③最合理的學說，是肝臟細胞的溶酶體參與了銅的代謝過程，實驗觀察到，Wilson病患者肝細胞溶酶體含量高出對照的40倍，認為Wilson病患者肝細胞溶酶體缺陷干擾了銅由溶酶體分泌到膽汁中去的過程，從而導致了Wilson病患者肝臟含銅量的增加。
總之，Wilson病不是由于腸道對銅吸收增加，而是由于膽道對銅的分泌障礙，這一障礙是先天性的，有基因缺陷的患者，在生后3個月不能合銅正平衡代謝轉為正常，使銅正平衡代謝持續存在，結果導致了銅在體內的堆積。
威爾遜病的發病機制有膽道排泄減少、銅藍蛋白合成障礙、溶酶體缺陷、金屬巰蛋白基因異常及調節基因異常等學說，目前以前二種學說獲得多數學者贊同。
銅代謝合成障礙
多數實驗室用64Cu對體內銅代謝研究證明，血清銅藍蛋藍蛋白減少是威爾遜病體內銅積蓄的主要原因。但銅藍蛋白為何缺乏，尚未完全闡明。Bichtrrich根據銅藍蛋白電泳發現，正常成人是由先構成的未分化的銅藍蛋白D在肝臟內經肽酶將其大部分轉化為銅藍蛋白C，然后由80%銅藍蛋白C與20%銅藍蛋白D構成銅藍蛋白，而威爾遜病患者僅存在銅藍蛋白D，而幾乎沒有C部分，故引致銅藍蛋白合成障礙。
膽道銅排泄障礙
正常成人每日需從食物中吸收銅2～5mg，銅離子進人體內后，大部分先與白蛋白疏松結合為直接反應銅，運送到肝臟，在肝細胞內轉與各種球蛋白主要是α2-球蛋白牢固地結合為銅藍蛋白（間接反應銅）。一般血漿中的總銅量90%～95%以銅藍蛋白形式存在，僅約5%的銅與白蛋白、氨基酸和多肽疏松結合存在，后者除在各臟器內自由通過細胞膜與血漿銅交換外，大部分由溶酶體攝取經膽管從糞便中排出，少數由尿排出。即正常人從食物中吸收的銅，除體內生理需要外，過剩的銅絕大部分從膽管中膽汁排泄。Frommer率先測定8例威爾遜病患者及10例對照組的十二指腸液內含銅量，發現威爾遜病組顯著低于對照組，提出膽管排銅障礙是造成威爾遜病患者體內銅蓄積的重要原因。
銅是人體必需的微量元素，作為輔基參與多種重要生物酶合成。正常成人每日從飲食攝取銅2～5mg，約30%在胃、十二指腸及空腸上端吸收入血，大部分與白蛋白疏松結合進入肝細胞，在肝細胞中銅與α2球蛋白牢固結合成銅藍蛋白（ceruloplasmin，CP），CP有氧化酶活性，呈深藍色，剩余銅被結合到其他特殊銅蛋白中。正常人每日膽汁排銅量約1200μg。約70%的CP存在于血漿，其余存在于血管外，血液循環中90%～95%的銅結合在CP上。CP有重要生理功能，可作為銅的供體參與細胞色素C及其他銅蛋白合成，具有亞鐵氧化酶作用，將亞鐵氧化為高鐵狀態，使氧還原成水。剩余的銅通過膽汁、尿液和汗液排出體外。威爾遜病患者銅藍蛋白合成障礙，90%以上患者血清CP量明顯減少，但肝內前銅藍蛋白（Apo-CP）含量及結構正常，提示生化障礙發生在肝內Apo-CP與銅結合環節，CP合成障礙是本病基本的遺傳缺陷。肝內銅代謝紊亂引起血清CP合成障礙，導致血清銅及CP降低，尿銅排泄增多，膽道排銅減少，過量銅在肝臟、腦、腎臟及角膜等組織沉積致病，但約5%的Wilson病人血清CP水平正常難以解釋。
近年研究已確定CP基因位于13號染色體（13q14-21），有多種突變型，表達CP是132kD糖蛋白，由1046個氨基酸殘基組成單條多肽鏈，結合6個三種不同類型銅離子。威爾遜病患者銅藍蛋白前體無異常，基因及表達產物無變化，從遺傳基因角度不能解釋威爾遜病血清CP明顯減少。基因突變有明顯遺傳異質性，突變方式包括轉換（A→G）、顛換（C→G）、缺失（CCC→CC）及插入（T→TT），其中C→G顛換最常見，造成編碼氨基酸變化（如組氨酸變成谷氨酸、天門冬氨酸變成絲氨酸）及移碼突變，至今發現的突變均涉及ATP酶功能區。威爾遜病基因突變引起編碼P型ATP酶（也稱ATP7B）功能改變，ATP7B主要功能是銅轉運，部分或全部功能喪失，不能將多余銅離子從細胞內轉運出去，使銅離子在特定器官和組織沉積致病。
威爾遜病的分子發病機制存在種族差異，歐美患者ATP7B基因高頻突變點是14號外顯子，處于ATP7B基因磷酸化區及ATP結合區，兩個功能區基因突變使功能消失，導致酶缺乏，轉運過程中能量引起銅離子在細胞內滯留。中國WD患者高頻突變點8號外顯子在整個ATP7B基因中處于跨膜功能區，引起蛋白質一級、二級結構改變，導致細胞膜銅轉運停滯而致病。