Hay dos razones principales para la diplopía:

• Un cambio físico en la lente, la conjuntiva, o en la superficie de la retina
• La incapacidad del cerebro para superponer las imágenes vistas con los dos ojos, lo que ocurre en una persona con visión normal.

El primer tipo generalmente implica un solo ojo y no se corrige cubriendo el ojo. Las cicatrices u otros defectos físicos en el ojo causan la ruptura de una sola imagen, lo que resulta en visión doble.

En contraste, el segundo tipo implica generalmente ambos ojos (binocular) y se corrige cubriendo uno de los ojos.

La diplopía binocular se produce cuando se impide el movimiento de los ojos en una dirección y suele ser un defecto congénito. Generalmente se produce por la desalineación de los ojos, y puede estar relacionada con los nervios o los músculos.

Las anomalías en el movimiento del ojo puede ser resultado de condiciones como parálisis de los nervios craneales, enfermedades neuromusculares (por ejemplo, la miastenia gravis), esclerosis múltiple, infecciones, accidente cerebrovascular,  tiroides hiperactiva (enfermedad de Graves) o un traumatismo directo en el ojo. La diplopía también puede ser el resultado del crecimiento de un tumor que presiona sobre los nervios que participan en los movimientos oculares.

Los nervios que participan en la diplopía incluyen tres pares craneales:

• El nervio motor ocular común (tercer par craneal)
• El nervio motor ocular externo (sexto par craneal)
• El nervio troclear (nervio craneal cuarto)

Estos tres nervios dirigen los movimientos de los seis músculos extraoculares. Los músculos están inervados por el tercer nervio craneal y los otros dos están inervados exclusivamente ya sea por el cuarto o sexto par craneal.