Причиной синдрома являются ложные оповещения, которые поступают от внутреннего уха в мозг в итоге чего возникают неконтролируемые движения глаз.
Американским ученым удалось объяснить механизм, когда появляется феномен Туллио: головокружение, появляющееся после привычных звуков. Феномен появляется по причине присутствия дефектов в ушах. Как правило, данное состояние вызвано щелью в кости полукружных каналов, являющих собой миниатюрные трубки во внутреннем ухе, заполненные жидкостью.
Научные сотрудники Университета Юты провели ПК-моделирование в целях симуляции передвижения эндолимфы в вышеуказанных каналах, а также изучили некоторых морских обитателей, у которых вестибулярный аппарат схож с людским. Выяснилось, появление щелей влияет на развитие бегущих механических волн при громкости в жидкой среде. Волны негативно влияют на рецепторы, посылающие в мозг ложные сигналы. Далее возникает рефлекс, необходимый для стабилизации, потом провоцирующий головокружение.