睡眠科学において、頭内爆発音症候群が発生する決定的な理由は「脳のスイッチオフの段取りミス」と説明されます。
人間が覚醒状態から睡眠状態へと移行する際、脳の幹部にある「脳幹網様体」がフィルターの役割を果たし、視覚、聴覚、運動機能を司る大脳皮質への神経活動を順番に抑制（シャットダウン）していきます。通常はこのプロセスが滑らかに進行します。
しかし、過度のストレスや慢性的な睡眠不足、カフェインの過剰摂取によって神経系が過敏になっていると、聴覚野や視覚野の抑制シグナルが一瞬遅れ、ニューロンが一斉に誤放電を起こします。これが、実際には存在しない爆音や閃光として知覚されるメカニズムです。金縛り（睡眠麻痺）が「運動機能の抑制が早すぎて意識だけが覚醒している状態」であるのと同様、EHSも感覚神経の切り替えタイミングのズレによって生じる純粋な生理学的エラーに過ぎません。
