Zespół Hornera jest spowodowany przerwaniem współczulnego unerwienia oka pomiędzy ośrodkiem w pniu mózgu, a samym okiem. Unerwienie to przebiega drogą włókien trzeciego nerwu czaszkowego - okoruchowego (III) z jego jądra przywspółczulnego - Westphala-Edingera. Uszkodzenie może wystąpić przy uszkodzeniu nerwu w miejscu jego wejścia do oczodołu - w szczelinie oczodołowej górnej. Klasycznymi objami zespołu Hornera związanymi z samymi oczami są:
ptosis - opadnięcie powieki i co za tym idzie zwężenie szpary powiekowej po zajętej stronie, spowodowane osłabiebiem mięśnia Mullera
enophtalmus - zapadnięcie gałki ocznej do oczodołu, przez niektórych autorów uważane za złudzenie optyczne wywołane przez opadanie powieki
niedobarwliwa różnobarwność tęczówek (ta po stronie zespołu Hornera jest jaśniejsza, może być obserwowana, jeśli zmiana jest wrodzona lub długotrwała
źrenica bardzo wolno się rozszerza
Zespół Hornera może też być objawem patognomonicznym guza Pancoasta, który rozwija się w szczycie płuca i nacieka pień współczulny uszkadzając go. Wtedy dochodzi do zaniku aktywności współczulnej w obszarze unerwianym przez pień współczulny i wystąpienia wymienionych wyżej objawów ocznych, a także dodatkowywych:
anhidrosis - upośledzenie wydzielania potu na części twarzy po zajętej stronie
Inne objawy to pozorny wytrzeszcz, przejściowe obniżenie ciśnienia w gałce ocznej, zmiany w składzie łez.