Nguyên nhân viêm não Nhật Bản là do một loại virus viêm não Nhật Bản (JEV) thuộc nhóm B gây ra. Bệnh được phát hiện lần đầu tiên ở Nhật Bản, các nhà khoa học Nhật Bản đã phân lập được virus này vào năm 1935, nên bệnh được đặt tên là viêm não Nhật Bản. Virus viêm não Nhật Bản thuộc nhóm Arbovirus, họ Togaviridae, giống Flavivirus, lây truyền qua trung gian truyền bệnh là muỗi Culex. Loại virus này thuộc họ flavivirus có liên quan đến bệnh sốt xuất huyết, sốt vàng da và nhiễm virus West Nile, lây lan qua đường muỗi đốt.

Virus viêm não Nhật Bản có kích thước 15 – 22 – 50 nanomet, là loại virus không chịu nhiệt, bất hoạt ở nhiệt độ 56 độ C trong 30 phút và 2 phút ở nhiệt độ 100 độ C. Virus có thể tồn tại trong thời gian lên đến vài năm ở trạng thái đông lạnh.

Loài động vật mang mầm bệnh viêm não Nhật Bản thường là gia súc như lợn, trâu bò, ngựa,… và chim hoang dã. Muỗi sẽ bị nhiễm virus gây bệnh viêm não Nhật Bản sau khi hút máu từ các loài động vật bị bệnh, sau đó truyền sang người thông qua vết muỗi đốt. Vì vậy, viêm não Nhật Bản là một bệnh có ổ dịch thiên nhiên ở khắp nơi.