Καθώς οι νευρώνες-κάτοπτρα δείχνουν να σχετίζονται με την κοινωνική αλληλεπίδραση, οι δυσλειτουργίες του συστήματος αυτού μπορεί να αποτελούν την εξήγηση για κάποια από τα κύρια συμπτώματα του αυτισμού, όπως είναι η απομόνωση και η απουσία ενσυναίσθησης.
Οι μελέτες σε ανθρώπους με αυτισμό δείχνουν έλλειψη δραστηριότητας των νευρώνων-κατόπτρων σε αρκετές περιοχές του εγκεφάλου. Οι ερευνητές εικάζουν ότι οι θεραπείες που θα σχεδιαστούν για να αποκατασταθεί αυτή η δραστηριότητα θα απαλείψουν κάποια αυτιστικά συμπτώματα.
Μια συμπληρωματική υπόθεση, η θεωρία του τοπίου προεξαρχόντων ερεθισμάτων, ίσως προσφέρει την εξήγηση για τα δευτερεύοντα συμπτώματα του αυτισμού, όπως είναι η υπερευαισθησία.
