偏头痛的发病机制很复杂，目前还不十分清楚，主要有三种学说。第一种是血管学说，传统的血管学说认为偏头痛是原发性血管疾病，颅内血管收缩引起偏头痛先兆症状，随后颅外颅内血管扩张，血管周围组织产生血管活性多肽，导致无菌性炎症，随着血管的搏动，造成对神经产生疼痛的刺激；第二种学说是神经性学说，神经学说认为偏头痛发作是一种CSD（扩展性的皮层抑制），从大脑枕部开始向中央沟扩散，以2-5毫米/分的速度向邻近的皮质扩展，随着皮层扩展，血管随之收缩，造成五羟色胺从血小板中释出，随着浓度下降，作用大动脉张力性，收缩性作用消失，血管壁扩张，而出现头痛；第三是三叉神经血管学说。该学说仅是基于解剖生理基础，就是三叉神经血管复合体，认为三叉神经颈部的复合体通过三叉神经脊束核尾端，发出神经纤维，经脑干交叉后头投射至丘脑，然后引起疼痛反应。通过P物质、CGRP、降钙素基因相关肽或者其他神经肽的释放，增加引起邻近的脑血管出现扩张，引起搏动性头痛。