Hệ thống thần kinh điều khiển hoạt động của tim rất phức tạp. Khi có các thay đổi trong dẫn truyền điện tim sẽ gây thay đổi nhịp tim: nhanh, chậm hoặc rối loạn nhịp. Trạng thái hồi hộp tim thường do nhịp tim tăng nhanh hơn bình thường, xuất hiện khi cơ thể có những cảm xúc mạnh, đột ngột, hay do tác dụng của các hóa chất, các chất kích thích hoặc bệnh tật.
Ở người khỏe mạnh, không có bệnh tim, nguyên nhân gây hồi hộp thường gặp là: rối loạn các chất điện giải trong cơ thể như kali, magiê, calci; thiếu máu, bệnh cường tuyến giáp; do các chất kích thích: caffein trong cà phê và nước trà đặc, nicotin trong thuốc lá, thuốc lào, alcol trong rượu bia, thuốc cảm có chứa chất pseudoephedrine, thảo dược như ma hoàng, các loại ma túy: cocaine, amphetamine, PCP (phencyclidine), cần sa; thuốc trị hen suyễn như albuterol hít, theophylline, thuốc nội tiết tố tuyến giáp…; do stress gây tăng tiết chất adrenalin trong cơ thể làm tim hồi hộp; tập luyện thể lực với cường độ mạnh; các cảm xúc mạnh như vui, giận dữ, lo lắng, hẹn gặp người yêu…
Ở người bệnh tim, ngoài các nguyên nhân kể trên còn có các nguyên nhân do bệnh tim mạch như: hẹp động mạch vành làm thiếu máu cơ tim, tăng tính kích thích gây ngoại tâm thu thất, nhịp nhanh thất, hoặc rung thất; bất thường về dẫn truyền gây cơn nhịp nhanh kịch phát trên thất, hội chứng Wolfe-Parkinson-White, sa van 2 lá; thay đổi về nội tiết ở phụ nữ trước, trong và sau giai đoạn mãn kinh.