偏頭痛的發病機理有幾種學說,通常來說最首先的都認為偏頭痛的發作,先是顱內血管出現收縮,然后頭痛期使顱外血管擴張發現波動性頭痛,同時顱內血管也會出現擴張狀況。在偏頭痛發作時,五羥色胺從血小板中釋放出來直接作用于顱內小血管使至收縮,就會出現血管擴張和血管收縮作用消失的情況,而造成偏頭痛的問題。
而一些學說認為偏頭痛的發作還是由于中樞神經系統紊亂引起的,相應的一些血管性的改變都是繼發于神經的影響。在偏頭痛部分患者發作頭痛前期會有情緒不穩、睡眠障礙、植物神經功能紊亂等情況。并可有一些神經介質,像某些脂類的物質代謝紊亂問題。偏頭痛的癥狀上還是與血管性頭痛更為多見一些,在它的前期可能是由于神經、血管和神經介質三者的綜合性因素所導致的。