Crece el consenso de que esta es una condición neurológica, aunque su naturaleza exacta no está clara.
Luc De Nil, presidente del departamento de patología de habla y lenguaje, en la Universidad de Toronto, afirmó que en la gente que no tartamudea, el procesamiento del habla se maneja en gran parte en el hemisferio izquierdo del cerebro. Con los gagos, hay una cantidad inusitadamente grande de actividad en el hemisferio derecho. Maguire dijo que los estudios realizados por él y otros también sugieren que hay un exceso del neurotransmisor dopamina en los cerebros de quienes tartamudean. Tartamudear también parece ser genético, al menos en parte. Aproximadamente la mitad de las personas que recibe tratamiento para el tartamudeo tiene un miembro inmediato de la familia con el mismo padecimiento, dijo Dennis Drayna, genetista en el Instituto Nacional de Sordera y Otros Trastornos de Comunicación.