Ada banyak penyebab halusinasi. Beberapa halusinasi terjadi secara alami, seperti yang berkaitan dengan kondisi medis. Paparan sinar matahari yang terlalu lama tanpa menelan air dalam jumlah yang cukup dapat menyebabkan dehidrasi, yang merupakan penyebab alami halusinasi lainnya. Beberapa penyebab kimiawi antara lain penggunaan obat-obatan, obat-obatan terlarang, atau zat lain yang memiliki sifat halusinasi. Tidur terlalu sedikit atau tetap terjaga untuk waktu yang lama juga merupakan pemicu umum halusinasi juga.
Banyak kondisi medis dapat menyebabkan halusinasi. Tumor otak dapat menyebabkan persepsi salah yang terkait dengan halusinasi, dan penyakit parah lainnya seperti gagal hati atau ginjal bisa menjadi penyebabnya juga. Masalah kesehatan mental juga dapat menyebabkan halusinasi. Skizofrenia dan gangguan stres pascatrauma dapat menyebabkan salah tafsir dan reaksi yang tidak biasa terhadap input sensorik.
Mengambil jenis obat tertentu juga dapat menyebabkan halusinasi. Pil tidur, misalnya, mempengaruhi kimia otak dan dapat menyebabkan halusinasi. Menghirup nitrous oxide dalam jumlah yang signifikan, obat bius yang sering digunakan oleh dokter gigi, juga dapat menyebabkan halusinasi. Jenis gas anestesi lainnya, seperti yang digunakan sebelum operasi, dapat menyebabkan halusinasi singkat sebelum individu kehilangan kesadaran.
Selain obat-obatan legal, obat-obatan terlarang yang digunakan untuk tujuan rekreasi dapat menjadi penyebab halusinasi. Kadang-kadang, sifat halusinasi obat adalah apa yang membuat zat itu menarik bagi pengguna rekreasi. LSD, juga dikenal sebagai asam, adalah salah satu obat yang digunakan orang untuk rekreasi karena menyebabkan halusinasi. Orang juga dapat menelan zat alami, seperti jamur yang mengandung psilocybin dan kaktus peyote, karena sifat halusinasinya. Beberapa obat legal yang tidak digunakan untuk tujuan medis juga dapat menyebabkan efek serupa, termasuk salvia divinorum.
Paparan sinar matahari yang terlalu lama dapat menyebabkan dehidrasi, yang dapat menyebabkan halusinasi. Elektrolit adalah ion bermuatan listrik yang ditemukan dalam air yang penting untuk konduksi saraf, dan kekurangan air menyebabkan penurunan elektrolit dalam tubuh. Jika tubuh memiliki kadar elektrolit yang rendah, impuls saraf tidak dapat berjalan dengan baik ke dan dari otak, menyebabkan otak salah menafsirkan informasi sensorik.
Periode yang lama dengan sedikit atau tanpa tidur juga merupakan salah satu penyebab umum halusinasi. Otak membutuhkan tidur agar berfungsi dengan baik, dan ketika jumlah istirahat yang dibutuhkannya berkurang, kinerja otak akan berkurang secara signifikan. Halusinasi dan delusi tidak jarang terjadi pada mereka yang menderita kurang tidur karena otak tidak dapat berfungsi pada tingkat kinerja normalnya.