偏头痛发病机制复杂，血管、神经、神经--血管、很多血管活性物质、神经递质等很多机制都起着不同的作用。

1、血管机制：

    偏头痛发作源于脑血管的舒缩障碍，动脉血管活性物质以及动脉本身病变有关，可触发偏头痛，一般分为三期：先兆期：患者的颅内血管先收缩，表现为一条或多条颅内动脉痉挛，引起局部缺血，由于缺血部位不同出现不同先兆症状：如视觉异常、感觉异常、运动障碍、偏瘫、失语、恶心呕吐出汗等神经系统功能紊乱表现；头痛发作期：也为颅外血管反应性扩张期，动脉张力低，引起充血性高灌注，牵引了血管壁上的神经纤维末梢的伤害性感受器，从而产生搏动性头痛，主要累及颈外动脉，此期颅内动脉可以收缩也可以扩张使得与先兆期界限不明显，产生头痛症状，呈钻刺样疼痛或搏动样疼痛，首先位于太阳穴，然后扩散至整个侧头部，一般持续数小时，严重者可持续数天；头痛后期：由于血管持续扩张，导致血管壁局限性水肿、血管狭窄、使头痛由搏动性转化为持续性，由于因管腔狭窄，头颈部肌肉因缺血、收缩，出现肌肉收缩性头痛，故后期为混合性头痛及其他不适感觉。崔承斌

2、神经机制：

某些情况下，脑功能突然兴奋后会产生短暂的抑制，这种抑制的紊乱开始于枕叶，向前推进，扩散到全头部，称为皮质扩散性抑制现象。反复的皮层扩布性抑制，可激活三叉神经释放与偏头痛有关的神经递质并诱发血管扩张，或者直接累及皮质-皮质下与脑干伤害感受器之间的网状结构，而引起头痛。

此外，中枢神经元异常兴奋诱发以及自主神经功能紊乱等机制，也会引发或加重偏头痛的病情。

3、生化机制：

    无论是血管源、神经源还是血管神经联合学说，都涉及一系列生化反应，很多生化因子参与了此过程，甚至与偏头痛发作直接相关。主要有以下几种物质：5-羟色胺是与偏头痛关系最密切的神经递质。它能使大血管收缩、小血管扩张，使毛细血管通透性增加。人体内约有2%的5-羟色胺（5-HT）存在于中枢神经系统内，偏头痛发作开始时，5-HT从血小板中释出，直接作用于颅内血管，使之收缩并出现先兆症状；接着出现大量的5-HT在体内被迅速代谢，血浆5-HT浓度急剧下降，使血管反跳性扩张，出现头痛，同时，附于血管壁上的5-HT，引起毛细血管通透性增加，血浆成分渗出，游离出疼痛介质，导致头痛增强和血管性浮肿。降钙素基因相关肽（CGRP）与P物质两者都有极强的扩血管作用，尤其是CGRP，是迄今为止体内最强的舒血管活性物质，在三叉神经节含量最丰富，偏头痛发作与头颅血管周围组织产生的血管活性物质，特别是与三叉神经血管系统的cGRP强烈扩张血管作用有关。一氧化氮(NO)和 内皮素(ET)，二者生物学效应相反，在生理状态下维持在相对恒定的比值，从而维持血管功能稳定。偏头痛发作期NO与ET失衡，打破了血管的基础张力和正常的舒缩功能，引起偏头痛的发作。偏头痛患者不仅发作期血镁离子浓度明显降低，而且存在全身性的镁缺乏，低镁血症、钙/镁比值升高可能在女性月经期偏头痛的发生中扮演了不可忽视的角色。此外，偏头痛发作期环磷酸腺苷(cAMP)明显升高，而环磷酸鸟苷（cGMP明显下降，表明偏头痛患者存在自主神经功能失调，即交感功能亢进，副交感功能低下。