CADASIL este cauzat de mutatiei genei NOTCH3, o gena autozomala dominanta, ceea ce inseamna ca este nevoie de o singura copie a acestei gene pentru a avea aceasta boala.
Gena transmite instructiunile de producere a unei proteine necesare functionarii optime a celulelor musculare netede ale sistemului vascular. Mutatia genei NOTCH3 determina sintetizarea unor proteine anormale, ceea ce afecteaza functia acestor celule.
Atunci cand celulele netede sunt deteriorate si incep sa dispara din cauza proteinelor anormale, vasele de sange din creier incep sa prezinte leziuni.