丛集性头痛的发病原因和发病机制目前尚不清楚，有几种主要的学说。第一个是下丘脑参与发病机制，就是所谓的生物钟学说。下丘脑是内分泌和神经系统的调节中心，丛集性头痛的发作有着昼夜节律的规律，同时伴有一些自主神经的症状，这方面说明下丘脑参与了丛集性头痛的发作。第二个学说是神经血管学说，丛集性头痛的发作部位与三叉神经的分布部位有关系，而且在酒精和硝酸甘油使用的情况下可以诱发疼痛，这就说明了三叉神经的神经血管通路参与了丛集性头痛的发生。第三个学说是炎性反应学说。除此之外还有外伤性学说以及遗传性学说等等。