Bij personen die lijden aan astigmatisme worden de lichtstralen in één as anders afgebogen en komen vervolgens in de andere as. Daardoor komen de lichtstralen niet op één punt bijeen. Wanneer lichtstralen in één as exact op het netvlies terechtkomen dan komen deze lichtstralen in de andere as oftewel achter of voor het netvlies terecht. Er kunnen diverse oorzaken bestaan waarom lichtstralen niet gelijk af worden gebogen door het lenzenstelsel van het oog. De oorzaken zijn: een krommingsafwijking van het hoornvlies en een krommingsafwijking van de ooglens
In een groot aantal gevallen ontstaat astigmatisme door een krommingsafwijking van het hoornvlies. Een ideaal hoornvlies heeft de vorm van een perfecte ronde bol waardoor het licht gelijkmatig wordt gebroken in alle richtingen. Bij astigmatisme is het hoornvlies in de ene richting meer gekromd is dan in de andere richting. Daardoor ontstaat er een ovale bol waardoor de lichtstralen niet meer gelijkmatig af worden gebogen. Dit wordt regelmatige astigmatisme genoemd. Onregelmatig astigmatisme betekent dat het hoornvlies niet mooi glad is maar vol zit met bobbels en hobbels. De lichtstralen worden er werkelijk alle richtingen *opgebogen.
Een* krommingsafwijking van de ooglens is een meer zeldzame oorzaak van astigmatisme, waarbij de eigen natuurlijke ooglens niet regelmatig gekromd, verplaatst of gekanteld is. Een geïmplanteerde kunstlens kan ook een astigmatisme tot gevolg hebben op het moment dat deze iets naar opzij, onder of boven gekanteld of verschoven is.