偏头痛可以由多种原因导致，最常见是遗传和女性生理激素的波动。60%以上的偏头痛患者有家族史，女性月经周期容易引发偏头痛发作。另外如扩张血管的药物、寒冷刺激、暴晒，高原缺氧、压力过大、精神紧张、睡得过多或过少、剧烈运动、过度劳累、饮食不合理，吃过多富含味精、巧克力、腌制的食物等都会引发偏头痛发作。
偏头疼的发病机制目前还不十分清楚。传统血管学说认为，头疼先兆症状是与颅内血管收缩有关，随后颅内外血管的扩张导致头痛。神经血管假说认为偏头痛发作与脑血流增加有关系。5-羟色胺能神经元异常学说认为偏头痛和5-羟色胺的缺乏有关系。另外还有皮质扩散抑制学说，皮质扩散抑制和局部脑血流减少导致神经元代谢障碍。也有人认为是一个联合假说，就是上述所有的假说一起参与了偏头痛的发病机制。
