Le stress peut provoquer une dilatation des pupilles s'il stimule la branche sympathique du système nerveux autonome, ce qui déclenche une réaction de combat ou de fuite, selon Scientific American. Le stress peut également inhiber le système parasympathique, qui déclenche le reste et les fonctions de digestion, et provoquent une dilatation.
Les événements émotionnels tels que le stress provoquent des réponses pupillaires plus petites que le réflexe lumineux, note Scientific American. Généralement, les événements cognitifs ou émotionnels provoquent une dilatation des pupilles de moins d'un demi-millimètre. À tout moment, la taille des pupilles reflète l'équilibre du système parasympathique et autonome, ainsi que l'effort mental exercé dans les tâches en cours.