แม้ว่าเหตุให้เกิดความใคร่เด็กจะไม่ชัดเจน นักวิจัยก็เริ่มจะรายงานผลที่สัมพันธ์ความใคร่เด็กกับโครงสร้างและการทำงานของสมอง เริ่มตั้งแต่ปี 2002โดยตรวจสอบบุคคลที่ได้จากแหล่งต่าง ๆ รวมทั้งภายในภายนอกกระบวนการยุติธรรม และบุคคลในกลุ่มควบคุมงานวิจัยพบความสัมพันธ์ระหว่างความใคร่เด็กกับระดับเชาวน์ปัญญา (IQ) ที่ต่ำกว่า[46][47][48]คะแนนการทดสอบความจำที่ต่ำกว่า[47]อัตราการถนัดมือซ้ายที่สูงกว่า[46][47][49][50]อัตราการตกสอบในโรงเรียนที่สูงกว่า โดยนอกเหนือไปจากความแตกต่างของระดับเชาวน์ปัญญา[51]ความเตี้ยกว่า[52]โอกาสสูงกว่าที่จะมีการบาดเจ็บที่ศีรษะในวัยเด็กที่มีผลเป็นการหมดสติ[53][54]และความแตกต่าง ๆ ทางโครงสร้างสมองที่เห็นได้ด้วย MRI[55][56][57]โดยนักวิจัยเสนอว่า มีลักษณะทางประสาทหนึ่งอย่างหรือมากกว่าตั้งแต่กำเนิด ที่เป็นเหตุหรือเพิ่มโอกาสให้เป็นคนใคร่เด็กแต่ว่า มีงานวิจัยที่พบว่า ผู้ทำร้ายเด็กทางเพศที่ใคร่เด็กมีความเสียหายทางประชานน้อยกว่าผู้ทำร้ายเด็กทางเพศอื่น ๆ[58]งานวิจัยปี 2011 พบว่า ผู้ทำร้ายเด็กที่ใคร่เด็ก มีความบกพร่องในการห้ามปฏิกิริยา แต่ไม่มีความบกพร่องในความจำและความยืดหยุ่นทางประชาน (cognitive flexibility)[59]หลักฐานว่ามีการสืบต่อในครอบครัว "บอกเป็นนัย แต่ว่าไม่ใช่เป็นตัวพิสูจน์ว่า มีปัจจัยทางพันธุกรรมที่เป็นเหตุ" ของพัฒนาการเป็นความใคร่เด็ก[60]

ในงานศึกษาปี 2008 ที่ใช้ MRI ตรวจโครงสร้างสมอง พบว่า ชายผู้ใคร่เด็กมีปริมาตรของเนื้อขาว (white matter) น้อยกว่ากลุ่มควบคุม[55]ส่วนงานปี 2007 ที่ใช้ fMRI แสดงว่า ผู้ทำร้ายเด็กที่วินิจฉัยว่าเป็นโรคใคร่เด็กมีระดับการทำงานของไฮโปทาลามัส (ซึ่งมีโครงสร้างที่ทำงานต่างกันระหว่างเพศชาย-หญิง โครงสร้างเกี่ยวกับพฤติกรรมและรสนิยมทางเพศ) ที่ต่ำกว่า เทียบกับผู้ไม่ใช่คนใคร่เด็กเมื่อดูภาพผู้ใหญ่ที่เร้าอารมณ์ทางเพศ[61]Biol Psychiatry. 2007 Sep 15;62(6):698-701. Epub 2007 Apr 2. Pedophilia is linked to reduced activation in hypothalamus and lateral prefrontal cortex during visual erotic stimulation. Walter M1, Witzel J, Wiebking C, Gubka U, Rotte M, Schiltz K, Bermpohl F, Tempelmann C, Bogerts B, Heinze HJ, Northoff G.งานวิจัยที่สร้างภาพทางสมองโดยกิจ (functional neuroimaging) ในปี 2008 พบว่า การประมวลสิ่งเร้าทางเพศหลักของบุคคลรักต่างเพศที่เป็น "คนไข้ในผู้ใคร่เด็ก ที่ศาลบังคับให้อยู่ในโรงพยาบาล" อาจจะเปลี่ยนไปเพราะความผิดปกติในเครือข่ายประสาทกลีบหน้าผากส่วนหน้า (prefrontal network) ซึ่ง "อาจจะสัมพันธ์กับพฤติกรรมที่ควบคุมโดยสิ่งเร้า เช่นพฤติกรรมชั่ววูบตามอารมณ์เพศ"และบอกเป็นนัยว่า "มีการทำหน้าที่ผิดปกติของการประมวลความตื่นตัวทางเพศในระดับประชาน"[62]

ส่วนงานในปี 2006 ทบทวนงานวิจัยที่พยายามระบุความแตกต่างทางฮอร์โมนของผู้ใคร่เด็ก[63]แล้วสรุปว่า มีหลักฐานบ้างว่า ชายใคร่เด็กมีฮอร์โมนเพศชาย (testosterone) ต่ำกว่ากลุ่มควบคุม แต่ว่า ผลงานวิจัยมีคุณภาพต่ำ และยากที่จะได้ข้อสรุปที่แน่นอน

แม้ว่าจะไม่ใช่เหตุของโรคใคร่เด็ก ทารุณกรรมในวัยเด็กโดยผู้ใหญ่ หรือปัญหาทางใจที่เกิดร่วมกับโรค เช่น ความผิดปกติทางบุคลิกภาพ (personality disorder) และการใช้ยาเสพติด (substance abuse) เป็นปัจจัยเสี่ยงต่อการทำผิดต่อเด็กเนื่องจากอารมณ์ใคร่ชั่ววูบ[6]แต่ว่าในเรื่องปัญหาที่เกิดร่วมกับโรค นักวิชาการกลุ่มหนึ่งกล่าวว่า

แต่นักวิชาการก็บ่งว่า เพราะได้พบว่า มารดาของคนใคร่เด็กมีโอกาสสูงกว่าที่จะได้รับการบำบัดทางจิตเวช[53]ดังนั้น ยีนจึงมีโอกาสเป็นเหตุมากว่า

งานวิจัยที่ศึกษาจินตนาการทางเพศของชายรักต่างเพศ 200 คนโดยใช้การทดสอบโดยคำถาม Wilson Sex Fantasy Questionnaire พบว่า ชายที่มีระดับกามวิปริตสูง (รวมทั้งความใคร่เด็ก) มีพี่ชายมากกว่ามีอัตราส่วนของนิ้วชี้ต่อนิ้วนาง (2D:4D digit ratio) ที่ต่ำกว่าซึ่งแสดงว่าได้รับฮอร์โมนเพศชายก่อนกำเนิดในระดับที่ต่ำกว่าและมีโอกาสสูงขึ้นที่จะถนัดมือซ้ายซึ่งแสดงนัยว่า การกระจายหน้าที่สมองไปยังซีกสมองทั้งสองข้าง (brain lateralization) มีปัญหา ซึ่งอาจจะมีบทบาทในความสนใจทางเพศที่ผิดแปลกออกไป[64]