Auslöser der Lyme-Arthritis sind verschiedene Bakterien aus der Gruppe der Borrelien. Verantwortlich ist in erster Linie der Holzbock, eine in den USA und Europa weit verbreitete Zeckenart. Die wichtigsten Erreger sind Borrelia burgdorferi, Borrelia garinii und Borrelia afzelli. Vermutlich werden die Erreger auch durch Fliegen, Mücken oder Bremsen übertragen, dies konnte aber noch nicht eindeutig bewiesen werden. Wegen ihrer immunologischen Auffälligkeit, ihrer langsamen Vermehrung und ihrer mangelnden Aggressivität sind Borrelien überaus schwer zu orten. Obwohl das Immunsystem erkennt, dass Fremdkörper vorhanden sind, kann es diese schwer fassen.
Borrelien leben im Darm der Zecken, es dauert also einige Zeit, bis sie von der Zecke ins menschliche Blut gespült werden. Entdeckt ein Erwachsener eine Zecke binnen 24 Stunden auf seinem Körper, so ist die Ansteckungsgefahr nahe Null. Borrelien werden nicht, wie fälschlicherweise immer noch angenommen, automatisch nach Zeckenstichen übertragen. Erst wenn sich die Zecke voll angesogen hat, gelangen die Erreger in den menschlichen Blutkreislauf.
Je nachdem wo sich die Bakterien verstecken, kann es in der Folge zu Hautausschlägen, Herzmuskelentzündungen, Nervenschädigungen oder auch Gelenkentzündungen kommen. Nach der Infektion verbreitet sich der Erreger in fast allen Organen, darunter auch die Gelenkinnenhaut. Wie die Borrelien jedoch in die Gelenkhöhle gelangen, ist bisher noch nicht eindeutig geklärt. Man weiß zudem auch nicht, weshalb das menschliche Immunsystem, besonders in den Gelenken, überreagiert. Es wird angenommen, dass die Oberflächeneiweiße der Borrelien den Eiweißen der Gelenkinnenhaut derart gleichen, dass immunolgische Kreuzraktionen auftreten und somit das Immunsystem statt den Bakterien die eigenen Gelenke angreift.
Die meisten Zecken sind jedoch nicht infiziert, so dass die meisten Stiche gar nicht zur Infektion führen. Kommt es allerdings zu einer Infektion, verlaufen viele ohne wesentliche Krankheitserscheinungen. Treten jedoch Krankheitserscheinungen auf, so handelt es sich meist um ein Erythema migrans (wandernde Röte), die mit und ohne Antibiotika nach einer gewissen Zeit verschwindet, ohne zu späteren Formen der Lyme-Arthritis fortzuschreiten.
