偏头痛的发生受遗传、神经递质、血管、环境及其他多种因素影响。约60%患者有家族史；血清素等神经递质失衡可致发病；颅内血管舒缩异常及调节机制异常与血管因素相关；饮食、心理、睡眠、气候等环境因素可诱发；女性生理周期及头部外伤也与之有关。
神经递质紊乱
血清素失衡：血清素是一种重要的神经递质，对血管收缩和神经调节起关键作用。偏头痛发作时，往往存在血清素水平的波动。正常情况下，血清素能维持血管的稳定状态，但当血清素失衡时，可能导致颅内血管收缩与舒张功能紊乱，进而引发偏头痛。有研究发现，偏头痛患者在发作期脑内特定区域的血清素受体功能异常，影响了神经信号的正常传递和血管的正常调节。
其他神经递质：去甲肾上腺素、多巴胺等神经递质的失衡也可能参与偏头痛的发生。去甲肾上腺素能影响神经系统的兴奋性和血管张力，多巴胺与情绪、疼痛感知等相关，它们的异常变化都可能在偏头痛的发病机制中起到一定作用。
血管因素
颅内血管收缩与扩张：偏头痛发作时，颅内血管会先出现收缩，随后扩张。血管的这种异常舒缩变化可能与多种因素有关，如神经递质的调节异常、血管壁本身的敏感性改变等。血管收缩期患者可能出现视觉先兆等症状，如闪光、暗点等；随后血管扩张导致脑膜血管周围的神经末梢受刺激，引发头痛。例如，脑膜中的三叉神经末梢受到扩张血管的刺激，释放出降钙素基因相关肽等物质，进一步导致血管扩张和神经炎症反应，加重头痛症状。
血管调节机制异常：人体自身有复杂的血管调节机制来维持血管的正常状态，包括内皮细胞释放的血管活性物质（如一氧化氮、前列环素等舒张血管物质和血栓素A2等收缩血管物质）的平衡调节。在偏头痛患者中，这种血管调节机制可能出现异常，使得血管更容易发生过度收缩或扩张，从而诱发偏头痛。
环境因素
饮食因素：某些食物可能诱发偏头痛，如含有酪胺的奶酪、含有亚硝酸盐的腌制食品、含有苯乙胺的巧克力等。此外，过量饮酒、摄入过多咖啡因突然戒断等也可能引发偏头痛。例如，酪胺可以促使去甲肾上腺素释放，收缩血管，从而诱发偏头痛发作；酒精能扩张血管，还可能影响神经递质的代谢，导致偏头痛发生。
心理因素：长期的精神压力、焦虑、抑郁等情绪问题与偏头痛的发生密切相关。当人体处于紧张、焦虑状态时，会导致神经内分泌系统紊乱，释放出如皮质醇等应激激素，这些激素可能影响血管和神经的功能，增加偏头痛的发病风险。研究发现，约有30%-50%的偏头痛患者存在焦虑或抑郁等情绪障碍，而情绪的改善有时也有助于偏头痛症状的缓解。
睡眠因素：睡眠不足或睡眠质量差是偏头痛的常见诱发因素。睡眠过程中身体处于休息和恢复状态，睡眠障碍会干扰神经系统的正常调节，影响血管和神经的功能平衡。例如，长期睡眠不足会导致神经递质失衡、血管调节功能紊乱，使个体更容易发生偏头痛。相反，充足的睡眠有助于维持身体的正常生理节律和神经内分泌平衡，降低偏头痛的发病几率。
气候因素：气候变化也可能诱发偏头痛，如气温的骤变、气压的改变等。寒冷刺激可能导致血管收缩，而炎热天气可能引起血管扩张，这些血管的异常变化都可能成为偏头痛的诱因。例如，在寒冷的冬季，气温较低，人体外周血管收缩，颅内血管也可能相应收缩，当收缩过度或调节失常时就容易引发偏头痛；而在炎热潮湿的天气里，血管扩张，也可能增加偏头痛的发作风险。
其他因素
女性生理周期：女性在月经周期中，体内的雌激素水平会发生明显变化，这与偏头痛的发作有一定关联。在月经前期和月经期，雌激素水平下降，可能导致血管张力改变，从而诱发偏头痛。有研究显示，约60%的女性偏头痛患者的发作与月经周期有关，在月经期间偏头痛的发作频率可能增加或症状加重。
头部外伤：头部受到外伤后，少数人可能会出现偏头痛症状。头部外伤可能导致神经组织受损、血管损伤或局部炎症反应，进而影响神经系统和血管的正常功能，引发偏头痛。这种情况在头部外伤后的恢复期或长期可能会持续存在偏头痛症状。
