1931年Churchill首先肯定水中氟含量过高是本症的病因。同年smith用氟化物作大鼠实验，证明氟含量过高可产生此症。一般认为水中含氟量以1ppm（1mg/L）为宜，该浓度能有效防龋，又不致发生氟牙症。但个体因素及其它生活条件，对氟的感受性也有一定差异。饮用水是摄入氟的一个最大来源，水氟摄入是按：①人的年龄；②气候条件；以及③饮食习惯而综合决定的。水氟的最适浓度主要又取决于当地的年平均最高气温，美国为0.7～1.2ppm；广州约为0.7ppm。我国地域辽阔，南北气温相差甚大，因此不能只有一个适宜浓度。故我国现行水质标准氟浓度为0.5～1ppm应是适宜的。
食物中氟化物的吸收，取决于食物中无机氟化物的溶解度，以及钙的含量。如果加入钙的化合物，则氟的吸收就显著减少。动物实验证实：充分的维生素A、D和适量的钙、磷，可减轻氟对机体的损害。这说明含氟量过高，并不是造成氟牙症的唯一原因，因为水中含氟量稍高的地区，也不是人人皆罹患此症。
另外，能否发生氟牙症还取决于过多氟进入人体的进机。氟主要损害釉质发育期牙胚的造釉细胞，因此，过多的氟只有在牙齿发育矿化期进入机体，才能发生氟牙症。若在6、7岁之前，长期居住在饮水中氟含量高的流行区，即使日后迁往他处，也不能避免以后萌出的恒牙受累；反之，如7岁后才迁入高氟区者，则不出现氟牙症。
碱性磷酸酶可以水解多种磷酸脂，在骨、牙代谢中提供充分无机磷，作为骨盐形成的原料。当氟浓度增高时，可抑制碱性磷酸酶的活力，而造成釉质发育不良、矿化不全和骨质变脆等骨骼疾患。结果是柱间质矿化不良和釉柱的过度矿化。这种情况在表层的釉质更显著；表层釉质含氟量是深层釉质的10倍左右。所以氟牙症表层釉质呈多孔性，易于吸附外来色素，如锰、铁化合物而产生氟斑。重型氟牙症的微孔量可高达10%～25%，位于釉柱间，并沿横纹分布。如果这种多孔性所占的体积大，釉质表面就会塌陷，形成窝状釉质发育不全。
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