กล้ามเนื้อตา (extraocular muscle) เป็นตัวควบคุมตำแหน่งของตาดังนั้น ปัญหาที่กล้ามเนื้อหรือเส้นประสาทที่ควบคุมกล้ามเนื้อ สามารถทำให้ตาเหล่ได้เส้นประสาทสมอง Oculomotor nerve (III), Trochlear nerve (IV), และ Abducens nerve (VI) เป็นเส้นประสาทที่ควบคุมกล้ามเนื้อตาปัญหาที่เส้น III จะทำให้ตาที่ได้รับผลเบี่ยงลงและออก และอาจจะมีผลต่อขนาดรูม่านตาส่วนปัญหาของเส้น IV ซึ่งอาจเป็นแต่กำเนิด อาจทำให้ตาเบี่ยงขึ้นและอาจจะเบนเข้าหน่อย ๆส่วนปัญหาของเส้น VI อาจทำให้ตาเบี่ยงเข้า โดยมีเหตุที่เป็นไปได้มากมายเพราะเป็นเส้นประสาทที่ค่อนข้างยาวเช่น ความดันที่เพิ่มขึ้นในกะโหลกศีรษะอาจกดเส้นประสาทเมื่อมันวิ่งผ่านระหว่างส่วน clivus และก้านสมอง[27][ต้องการหน้า]นอกจากนั้น ถ้าแพทย์ไม่ระวังไปบิดคอของทารกเมื่อคลอดโดยใช้ปากคีม (forceps delivery) ก็จะทำให้เส้นประสาท VI เสียหายได้[ต้องการอ้างอิง]แพทย์บางท่านยังเห็นหลักฐานด้วยว่า เหตุของตาเหล่อาจอยู่ที่สัญญาณประสาทที่ส่งไปยังเปลือกสมองส่วนการเห็น[28]ซึ่งทำให้ตาเหล่โดยไม่มีความเสียหายโดยตรงต่อเส้นประสาทสมองหรือกล้ามเนื้อตา

ตาเหล่ยังอาจทำให้ตามัว เพราะสมองไม่สนใจกระแสประสาทจากจอประสาทตาข้างหนึ่งอาการตามัวเป็นการที่ตาข้างเดียวหรือทั้งสองข้างไม่สามารถเห็นชัดเจนได้ตามปกติแม้จะไม่มีโครงสร้างอะไรที่ผิดปกติในช่วง 7-8 ปีแรกแห่งชีวิต สมองจะเรียนรู้การตีความสัญญาณประสาทที่มาจากตาทั้งสองผ่านกระบวนการพัฒนาการการเห็นแต่ความตาเหล่อาจขัดกระบวนการนี้ได้ถ้าเด็กตรึงตาข้างเดียวโดยไม่ตรึงตาหรือตรึงตาอีกข้างหนึ่งน้อยเพื่อไม่ให้เห็นภาพซ้อน สัญญาณที่ส่งมาจากตาที่ผิดปกติสมองจะไม่รับ (Suppression) ซึ่งเมื่อเกิดตลอดที่ตาข้างเดียว ก็จะทำให้เกิดพัฒนาการทางการเห็นที่ผิดปกติ[ต้องการอ้างอิง]

นอกจากนั้น ตามัวก็ยังสามารถเป็นเหตุให้ตาเหล่ได้อีกด้วยถ้าความชัดเจนต่างกันมากระหว่างตาขวาซ้าย สัญญาณที่ได้อาจจะไม่เพียงพอให้ปรับตาไปยังตำแหน่งที่ถูกต้องเหตุอื่น ๆ ที่ทำให้เห็นต่างกันระหว่างซ้ายขวา รวมทั้งต้อกระจกที่ไม่เท่ากัน ความหักเหของแสงที่คลาดเคลื่อน (refractive error) หรือโรคตา ซึ่งอาจเป็นเหตุหรือทำให้ตาเหล่มากขึ้น[27]

Accommodative esotropia เป็นตาเหล่เข้าที่มีเหตุจากความหักเหของแสงที่คลาดเคลื่อน (refractive error) ที่ตาข้างเดียวหรือทั้งสองข้างเมื่อบุคคลเปลี่ยนการมองจากวัตถุไกล ๆ มาที่วัตถุที่ใกล้ ๆ ก็จะเกิด accommodation reflex ซึ่งเปลี่ยนการเบนตา (vergence) เปลี่ยนรูปร่างของเลนส์ตา และเปลี่ยนขนาดรูม่านตา โดยการเบนตาจะเป็นแบบเบนเข้าถ้ารีเฟล็กซ์นี้มีมากกว่าปกติ เช่นบุคคลที่มีสายตายาว การเบนตาที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ดูตาเหล่[ต้องการอ้างอิง]