頭痛主要是由于顱內、外痛敏結構內的痛覺感受器受到刺激,經痛覺傳導通路傳導到達大腦皮層而引起。
顱內痛敏結構包括靜脈竇(如矢狀竇)、腦膜前動脈及中動脈、顱底硬腦膜、三叉神經(Ⅴ)、舌咽神經(Ⅸ)和迷走神經(Ⅹ)、頸內動脈近端部分及鄰近Willis環分支、腦干中腦導水管周圍灰質和丘腦感覺中繼核等;顱外痛敏結構包括顱骨骨膜、頭部皮膚、皮下組織、帽狀腱膜、頭頸部肌肉和顱外動脈、第2和第3頸神經、眼、耳、牙齒、鼻竇、口咽部和鼻腔黏膜等。機械、化學、生物刺激和體內生化改變作用于顱內、外痛敏結構均可引起頭痛。
如顱內、外動脈擴張或受牽拉,顱內靜脈和靜脈竇的移位或受牽引,腦神經和頸神經受到壓迫、牽拉或炎癥刺激,顱、頸部肌肉痙攣、炎癥刺激或創傷,各種原因引起的腦膜刺激,顱內壓異常,顱內5-羥色胺能神經元投射系統功能紊亂等。