Katar sienny to wyraz naturalnej obrony ustroju – jednak w tym przypadku uległa ona spaczeniu, a dowodem nieprawidłowej funkcji układu odpornościowego jest reakcja na antygeny obojętne dla organizmu zdrowych ludzi. Alergicy reagują na nieszkodliwe skądinąd alergeny jak na groźne bakterie lub komórki nowotworowe. Ta nadreaktywność wiąże się z nadprodukcją wielu substancji w ustroju, określanych jako mediatory reakcji zapalnej oraz alergicznej (np. histamina). W przypadku kataru siennego powodują one stan zapalny śluzówki nosa, ze wszystkimi tego konsekwencjami. Dochodzi więc do obrzęku i nadmiernej produkcji wydzieliny śluzówki zatok, nosa i oczu – co objawia się np. katarem i łzawieniem. Wszystkie niekorzystne objawy alergii mają służyć organizmowi – ułatwiają wypłukanie alergenu (katar) i zapobiegają jego wtargnięciu w głąb ustroju (obrzęk). Wskutek przekrwienia i zastoju krwi w obrębie śluzówki zatok na skórze wokół oczu pojawiają się przebarwienia, zwane potocznie zasinieniami. U chorych z całorocznym nieżytem śluzówki nosa objawy takie utrzymują się stale.
Nie wiadomo, dlaczego u pewnych osób dochodzi do nieprawidłowego działania układu odpornościowego. Coraz więcej naukowców próbuje wyjaśnić charakter tego schorzenia, poszukując czynników genetycznych odpowiadających za obserwowane nieprawidłowości. Wśród ludzi przed czterdziestką katar sienny rozwija się znacznie częściej u osób, u których występują już inne choroby alergiczne – astma lub egzema.
W przypadku typowego przebiegu kataru siennego rozpoznanie można łatwo postawić na podstawie analizy objawów klinicznych. Aby potwierdzić diagnozę oraz poznać alergeny, na jakie chory jest uczulony, wykonuje się skórne testy alergiczne, najczęściej tzw. testy punktowe igłowe. Polegają one na skaryfikacji skóry w obrębie kropli roztworu alergenu. Jeśli chory jest uczulony na dany alergen, to po ok. 20 minutach w miejscu badania pojawi się zaczerwienienie skóry i czasami także świąd. W pewnych przypadkach, zwłaszcza u małych dzieci, u których testy skórne dają fałszywe wyniki i trudno je wykonać, bada się stężenie we krwi specyficznych przeciwciał reagujących swoiście z konkretnymi alergenami. Najpowszechniejszy jest tzw. test RAST (test radioimmunoabsorpcyjny) oraz jego różne odmiany.