臉部辨識是由大腦顳葉中的一個腦皮質區負責,稱之為梭狀迴臉孔區(fusiform face area),簡稱FFA。杏仁核(amygdala)是周邊系統(the limbic system)的一部分,與情緒反應有關。患者的FFA是正常的,所以可以辨識他人和自己的臉孔。當見到母親時,可以知道那是母親的臉,可是由於FFA和杏仁核之間的神經連結出了問題,因此雖然可以辨識,卻無法產生相應的情感。
患者可以辨識母親的臉,卻不認為那是母親,反而會認為她只是一個冒充者。正因患者知道那張臉是母親的臉,否則不會說那是冒充者。患者有一個錯覺,即他們熟悉的人的臉被一模一樣長相的冒充者所取代。神經科學家拉馬前德蘭(Vilayanur S. Ramachandran)認為卡普格拉症導因於位於下顳葉的FFA與周邊系統的神經連結出了問題。