腦血栓形成最常見的原因,第一是動脈硬化,這是腦血栓形成最基本的病因,特別是動脈粥樣硬化常伴高血壓病,兩者互為因果,糖尿病和高脂血癥也可加速動脈粥樣硬化的進程,動脈粥樣硬化斑塊導致了管腔的狹窄或者是血栓形成。這種粥樣硬化斑塊以動脈分叉處多見。
第二個是動脈炎,如結締組織病、抗磷脂抗體綜合征及細菌、病毒、螺旋體感染均可導致動脈炎癥,使管腔狹窄或閉塞。其他少見的原因,包括藥源性如可卡因、安非他明,血液系統的疾病,如紅細胞增多癥,血小板增多癥,血栓栓塞性血小板減少性紫癜,彌漫性血管內凝血。蛋白C和蛋白S異常,腦淀粉樣血管病,煙霧病,肌纖維發育不良和顱內外夾層動脈瘤。此外,還有極少數不明原因者。