Estas extinciones se han atribuido generalmente a causas endógenas de la propia biosfera, a la acción de supervolcanes y al impacto de asteroides entre otras.
Existe la teoría que atribuye todas, o casi todas, las grandes extinciones a impactos meteoríticos. Se ha establecido estadísticamente que, aproximadamente cada 100 millones de años de media impacta un asteroide kilométrico contra la Tierra. Si se tiene en cuenta que la vida pluricelular lleva unos 600 millones de años debería haber habido entre cinco y seis grandes extinciones desde entonces. Y esas son las que realmente han ocurrido. Las otras posibles causas atribuidas a grandes glaciaciones globales o a erupciones masivas se consideran entre los efectos secundarios que un gran impacto podría producir, por lo que no serían más que sinergias de esa misma catástrofe cósmica.
Otras causas apuntan a las fluctuaciones del campo magnético terrestre, llevadas a cabo mediante su sucesión de cambios de polaridad, que provocan una fuerte disminución de la protección de la Tierra frente a la fuerte radiación cósmica durante los períodos en los que se producen.
También se considera como causa probable de extinciones menores o incluso de las más masivas a explosiones de supernovas cercanas. De hecho existe otra teoría que dice que dado que cada 25 millones de años aproximadamente la Tierra entra en la zona densa de la galaxia (los brazos espirales) ésta se ve sometida a un mayor riesgo de explosiones violentas o al azote de vientos estelares intensos. Así mismo, la nube de Oort tiene un mayor riesgo de verse deformada y perturbada por el paso de estrellas cercanas con el consiguiente envío de cometas y asteroides hacia el sistema solar interior, como refleja la hipótesis Shiva.
Muchos biólogos piensan que estamos a las puertas de la extinción masiva del Holoceno, que será causada por el ser humano. Wilson (2002) estima que con el actual ritmo de destrucción humana de la biosfera la mitad de las formas de vida se extinguirán en 100 años.
Otros científicos consideran que estas estimaciones son exageradas.