Patofisiologi sindrom cauda equina belum sepenuhnya dipahami akan tetapi dikaitkan dengan kompresi pada regio saraf spinal L1-L5. Cauda equina merupakan sekelompok saraf dan akar saraf yang berasal dari ujung distal medula spinalis, biasanya setinggi L1-L5 dan berisi akson yang memberikan persarafan motorik dan sensorik pada tungkai, kandung kemih, anus, dan perineum.

Sindrom cauda equina diduga dapat disebabkan oleh kompresi ekstrinsik pada akar saraf lumbosakral di bawah conus medullaris. Hipotesis lain menyebutkan bahwa sindrom cauda equina dimediasi secara kimiawi dengan ditemukannya inflamasi dan edema struktur saraf pada sampel patologi.[6,7]

Menurut sebuah penelitian yang menganalisis evoked potential (EP) dan sediaan patologi akibat kompresi pada cauda equina, ditemukan bahwa berat-ringan gejala yang timbul berhubungan dengan derajat kompresi. Pada kompresi ringan (<25%), pasien bisa tidak menunjukkan disfungsi neurologi. Pada kompresi sedang (25-50%), pasien dapat menunjukkan tanda-tanda kelemahan motorik ringan dengan perubahan mayor pada EP kortikal. Sedangkan pada kompresi berat (50-75%), pasien dapat menunjukkan tanda-tanda berupa kelemahan signifikan, inkontinesia urine, dan atrofi nerve root setinggi daerah kompresi.[8,9]