按照Jefferson的理论假设，寰椎骨折基本的致伤机制为：当高处落下的物体撞击头顶部或高处坠落头顶垂直触地时，枕骨髁陷入寰椎而导致寰椎骨折。Hays和Alk-er等经标本实验研究证实了这一假设。
近年来许多作者应用计算机数字技术，通过建立三维数字化有限元模型来对寰椎骨折的生物力学机制进行研究。统一的观点认为，垂直于寰椎前后弓与侧块组成的环状结构的瞬间纵向暴力作用于两侧块或寰椎前后弓与两块交界皮质骨薄弱处而导致寰椎骨折。Teo等对这一机制作了补充，认为当巨大的瞬间过伸张力作用寰椎后弓的沟状结构时亦可造成骨折。
一般与暴力接触部位为枕顶部，暴力多垂直于寰椎平面。不同致伤情况下暴力方向的不一致性造成了不同类型寰椎骨折的发生。一般认为偏向前侧或后侧的垂直暴力分别造成前弓或后弓骨折。当头部一侧受力或受力同时颈部有旋转运动而使头部转向一侧时，瞬间暴力偏聚于一侧，可导致一侧椎弓骨折或罕见的单侧侧块骨折。
骨折类型可以是爆裂性的，也可以是压缩性的，根据不同的力学机制及不同的解剖基础而定。Jefferson骨折是在这一机制下的一种特殊的骨折类型，由于寰椎侧块受到离心性暴力而致寰椎四个薄弱点发生骨折，形成四个骨折段，故又称寰椎爆裂性骨折。
