偏頭痛的病因仍不明確。約50%的患者有家族史，女性患者則傾向于在月經來潮前后發病，有15%的女性偏頭痛患者僅在月經前后發生，即所謂“真性經期偏頭痛”，至懷孕以后發作減少，其中75%~80%在孕期停止發作，提示發作可能與內分泌或水潴留有關。精神緊張、過度勞累、強光刺激、烈日照射、低血糖、應用擴血管藥物利舍平，或使用高酪胺食物（如巧克力、乳酪、柑橘）及酒精類飲料，均可誘發偏頭痛發作。
偏頭痛的發病機制尚不清楚，大體上分為血管源性學說和神經源性學說：
①血管源性學說，患者服用麥角胺后顳動脈波動幅度降低，同時伴隨頭痛的緩解，由此認為典型偏頭痛有顱內動脈收縮、局部血流減少，導致視覺改變、感覺異常或輕度偏癱先兆癥狀，繼而顱內及顱外動脈擴張，出現頭痛。
②神經源性學說，偏頭痛的病變源于CNS，內分泌改變及血管舒縮障礙是一種繼發現象，即偏頭痛的血管性表現是繼發于神經中樞“釋放”。偏頭痛呈現的各種復雜癥狀是大腦皮質功能紊亂的結果，可能是原發于下丘腦/間腦水平的腦部閾值障礙。偏頭痛患者多有遺傳傾向，使發病閾值降低；在各種環境因素及誘發因素影響下，可導致腦部閾值進一步下降，通過一系列改變最終形成偏頭痛發作
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