1.心源性
最常見，占腦栓塞的60%～75%.腦栓塞通常是心臟病的重要表現之一。最多見的直接原因是慢性心房纖顫；在青年人中，風濕性心臟瘤仍是并發腦栓塞的重要原因；感染性心內膜炎時瓣膜上的炎性贅生物脫落。心肌梗死或心肌病的附壁血栓、二尖瓣脫垂、心臟黏液瘤和心臟外科手術的并發證等亦常引起。先天性心臟病房室間隔缺損者，來自靜脈系統的栓子亦可引起反常栓塞。
2.非心源性
主動脈弓及其發出的大血管的動脈粥樣硬化斑塊和附著物脫落，引起的血栓栓塞現象也是引起短暫性腦缺血發作和腦梗死的較常見的原因。其他較少見的還可有：肺靜脈血栓或血凝塊、肺部感染、敗血癥可引起腦栓塞，血管內診斷治療時的血凝塊或血栓脫落，癌性栓子，寄生蟲蟲卵栓子，異物栓子。腎病綜合征高凝狀態亦可發生腦栓塞。
3.來源不明
約30%腦栓塞不能確定原因。