Los individuos que padecen la enfermedad celíaca no toleran una mezcla de proteínas llamada gluten, que se encuentra en el trigo, la cebada y la avena. Las proteínas que compone el gluten se dividen en dos grupos: prolaminas y glutelinas. El principal componente del gluten es la prolamina del trigo, conocida como gliadina; otras prolaminas que se encuentran en el gluten son la secalinina (en el centeno), la avenina (en la avena) y la hordeína (en la cebada).

Cuando las personas con enfermedad celíaca comen alimentos que contienen gluten reacciona en exceso su sistema inmunitario, lo que provoca lesiones en la capa de células que recubren internamente el intestino delgado: el recubrimiento interno del intestino se inflama, y las vellosidad intestinales (prolongaciones microscópicas den forma de pelo que sirven para absorber los nutrientes) disminuyen de tamaño o incluso desaparecen. Como consecuencia, se produce una mala absorción intestinal, que da lugar a diarrea y déficit de nutrientes.

La enfermedad celíaca puede manifestarse a cualquier edad, aunque en los niños pequeños sólo aparece una vez que se han introducido los cereales en la dieta.

Por razones que se desconocen, determinados factores como el embarazo, el estrés o incluso infecciones víricas pueden desencadenar el inicio de la enfermedad en personas adultas susceptibles.