Die Patienten haben multifokale GIST und multizentrale Paragangliome. Gastrointestinale Stromatumore entstehen aus Stammzellen, die die Merkmale interstitieller Cajal-Zellen annehmen. Im sympathischen Nervensystem entstehen Paragangliome aus Zellen der Paraganglien.
Paraganggliome treten ohne gesteigerte Sekretion aus und sind normalerweise gutartige Tumore. Bei den meisten Patienten mit Carney-Stratakis-Syndrom lassen sich Keimbahnmutationen in den Genen SDHB, SDHC und SDHD feststellen.
Die Veranlagung zur Entwicklung der Tumore erfolgt autosomal-dominant und mit unvollständiger Penetranz.