Ce syndrome est médié par un effet toxique agoniste sur le système GABA, le GABA (acide gamma-amino-butyrique) étant le principal neuromédiateur inhibiteur du SNC.
A des signes d'"ivresse" (dysarthrie, confusion) s'associent rapidemment des troubles de la vigilance avec installation d'un coma calme, hypotonique, hyporéflexique et parfois d'une dépression respiratoire (insuffisance respiratoire), d'une vasoplégie (hypotension artérielle, tachycardie sinusale) et d'une myorésolution (fortes doses chez le sujet âgé).
L'un ou l'autre de ces facteurs peuvent favoriser l'apparition d'une hypothermie, d'une pneumopathie d'inhalation, d'une rhabdomyolyse.
Benzodiazépines et apparentés (zolpidem, zopiclone), carbamates médicamenteux (méprobamate), barbituriques, certaines phénothiazines sédatives, l'éthanol...