Een waterhoofd wordt veroorzaakt door een grote hoeveelheid hersenvocht in de hersenholten. Bij de overproductie van het hersenvocht is het probleem dat dit hersenvocht niet wordt opgenomen of dat de opname langzamer verloopt dan normaal het geval is. In de pexus choroideus van de hersenen wordt dit vocht aangemaakt, het omgeeft de hersenen en loopt in de hersenen door het ventrikelsysteem en andere hersenholten. Als alles goed is wordt het hersenvocht normaal in een constant tempo aangemaakt. Het wordt in de bloedbaan opgenomen en de totale hoeveelheid vocht blijft ongeveer 150 ml. Bij deze afwijking is de hoeveelheid veel groter.
Eén van de oorzaken van een waterhoofd is een blokkade. Deze blokkade loopt ergens langs de route waar hersenvocht langs stroomt. Door een stoornis in de hersenen van een ongeboren baby ontstaat deze blokkade. Bij het syndroom van Dandy-Walker is er in de vierde hersenholte een cyste. Bij een defect aan de hersenstam spreken we over het syndroom van Arnold-Chiari. Een open ruggetje is een aangeboren stoornis, welke vaak ook hydrocefalie als gevolg heeft. We spreken dan over spina bifida, waar sprake is van een onvolledige sluiting van het ruggenmerg. Infectieziekten van de baby in de baarmoeder of vlak na de geboorte en letsel aan de hersenen tijdens de geboorte kunnen ook leiden tot een waterhoofd. Een waterhoofd kan soms al worden gezien tijdens het maken van een echo tijdens de zwangerschap. De moeder wordt dan doorverwezen naar een specialist in een gespecialiseerd ziekenhuis waar speciale echo-apparatuur wordt gebruikt.