有关偏头痛发病机制尚不清楚各种诱因引起发病的机制，大体上可概括为血管源学说和神经源学说两大类。神经源学说认为，偏头痛的病变发源地在中枢神经系统，内分泌改变及血管舒缩障碍是一种继发现象。即偏头痛的血管性表现是继发于神经中枢的“释放”。偏头痛呈现的各种复杂症状是大脑皮质功能紊乱的结果可能是原发于下丘脑-间脑水平的脑部阈值障碍。偏头痛患者有遗传倾向使发病的阈值降低；在各种环境因素及诱发因素影响下，可导致脑部阈值进一步下降通过一系列改变最终形成偏头痛发作。颅脑血管主要由去甲肾上腺素及5-羟色胺（5-HT）能神经支配，这些神经元的细胞体，分别位于脑干的蓝斑及缝际核脑5-HT受体主要集中在缝际核其中主要是5-HT1A受体，也有5-HT1D受体给双氢麦角胺后，该药分布在缝际核内的浓度也最高，因此该处也是药物作用的重要部位精神紧张焦虑不安、过度疲劳或其他环境因素的改变可导致脑干神经元兴奋，去甲肾上腺素、5-HT等递质释放活动增强。导致头颅血管舒缩改变，脑缺血及血管的“无菌性炎症”。在实验动物中用电刺激缝际核附近的神经元也能造成偏头痛样头痛。和偏头痛发病关系密切的是5-HT1的受体其亚型5-HT1D的作用很重要它主要分布于大脑脉络丛血管，能调节脑血流。临床研究发现，抗偏头痛药物的效应主要和5-HT1D及5-HT1B受体有关。麦角胺是最强的5-HT1A受体激动剂，而舒马普坦主要是5-HT1D受体激动剂，后者具有更高的特异性。实验证明硬脑膜小血管对各种刺激处于高敏状态是产生头痛的一个重要来源脑膜血管周围分布有许多三叉神经发出的纤维（三叉-血管纤维），各种病理改变刺激三叉神经末梢的伤害感受器异常信号，通过三叉神经中枢支传递到脑干，丘脑及大脑皮质，产生疼痛感及恶心、呕吐出汗等症状。偏头痛并不影响妊娠和分娩过程。患者在妊娠头3个月内偏头痛可以加重而在妊娠后6个月中常改善或发作停止有60%～80%的妇女偏头痛可完全停止，在分娩后又有复发，这可能与妊娠期间雌激素水平高有关。女性患者服用避孕剂时发作往往加重、加频。妊娠妇女偏头痛发作本身对胎儿影响不大但其子女偏头痛发病率明显增高，三组病例的统计显示：父母均无偏头痛的265人中有76人（28.7%）患偏头痛；父母一方患偏头痛的1250人中有564人（45.1%）患同病；父母双方均患偏头痛的383人中有285人（74.7%）患同病因此从优生学角度来看，患偏头痛患者选择婚配对象应避免与患有同病或同病家族史者结婚。