脑栓塞的病因包括心源性因素和非心源性因素。心源性因素有心房颤动（约15%-20%脑栓塞由其引起，特定基础疾病的心房颤动患者风险更高，不同年龄段受影响，年龄较大者更易出现血栓形成）、心脏瓣膜病（如风湿性心瓣膜病，病变瓣膜致血流动力学改变、心房壁或心室内膜受损促血栓形成，儿童风湿热未控成年易发病，女性特殊生理时期影响病情及脑栓塞几率）、感染性心内膜炎（青壮年多见，男性略高，患者多有基础心脏疾病或免疫功能低下等情况易发病进而致脑栓塞）、心肌梗死（约1%-6%急性心肌梗死患者会发生脑栓塞并发症，大面积心肌梗死患者更易形成血栓，不同年龄都可能出现，年龄较大者风险相对更高）。非心源性因素有动脉粥样硬化斑块脱落（与高血压、高血脂、糖尿病、吸烟等有关，这些因素在不同人群存在影响，如长期吸烟中年男性风险升高）、空气栓塞（多因静脉损伤破裂致空气进入静脉形成气泡栓子入脑动脉，常见于胸部外伤、手术等情况，不同职业如潜水员有较高风险）、脂肪栓塞（常见于长骨骨折等，儿童长骨骨折风险与骨骼发育特点有关，老年人因骨质疏松等机制不同但长骨骨折是重要诱因）、癌性栓塞（肿瘤细胞脱落形成栓子致脑栓塞，许多恶性肿瘤可发生，不同类型肿瘤几率不同，患者年龄、身体状况等影响发生）。
心脏瓣膜病：例如风湿性心瓣膜病，二尖瓣狭窄及关闭不全、主动脉瓣病变等。病变的瓣膜容易导致血流动力学改变，使心房壁或心室内膜受损，促进血栓形成。在儿童时期患风湿热后若未得到有效控制，成年后可能发展为风湿性心脏瓣膜病，增加脑栓塞风险；女性在妊娠、更年期等特殊生理时期，心脏负荷变化可能影响心脏瓣膜病患者的病情，进而影响脑栓塞发生几率。
感染性心内膜炎：病原微生物侵袭心内膜，导致心内膜表面形成赘生物，赘生物容易脱落成为栓子，随血液循环进入脑动脉引发栓塞。感染性心内膜炎在青壮年中相对多见，男性发病率可能略高于女性，患者多有基础心脏疾病或免疫功能低下等情况，如先天性心脏病、心脏瓣膜病患者，或长期使用免疫抑制剂者等，这些因素都可能增加感染性心内膜炎的发生风险，进而增加脑栓塞的可能性。
心肌梗死：心肌梗死发生后，坏死的心肌组织可能形成血栓，血栓脱落后可导致脑栓塞。急性心肌梗死患者中，约有1%-6%会发生脑栓塞并发症，尤其是大面积心肌梗死患者，心肌坏死范围大，更容易形成血栓。不同年龄的心肌梗死患者都可能出现这种情况，年龄较大者由于血管弹性差、基础疾病多等因素，发生心肌梗死后脑栓塞的风险相对更高。
非心源性因素
动脉粥样硬化斑块脱落：颈部动脉或颅内动脉的粥样硬化斑块破裂，斑块内的物质及血小板等聚集形成血栓，血栓脱落可导致脑栓塞。动脉粥样硬化的发生与多种因素有关，如高血压、高血脂、糖尿病、吸烟等。高血压患者血管壁承受的压力增大，容易损伤血管内皮，促进动脉粥样硬化形成；高血脂患者血液中脂质沉积在血管壁，加速斑块形成；糖尿病患者血糖控制不佳时，会影响血管内皮功能，增加动脉粥样硬化的发生风险。吸烟会损伤血管内皮，使血管收缩、血小板聚集，促进动脉粥样硬化进展。这些因素在不同年龄段、不同性别的人群中都可能存在影响，例如长期吸烟的中年男性，患动脉粥样硬化相关脑栓塞的风险明显升高。
空气栓塞：多因静脉损伤破裂，空气进入静脉，形成气泡栓子进入右心，然后进入肺循环，若气泡进入脑动脉则会引起脑栓塞。常见于胸部外伤、手术、人工气胸、潜水员病（减压病）等情况。潜水员在潜水过程中，若减压不当，体内会形成气泡，可能导致空气栓塞；胸部手术操作不当等也可能导致空气进入静脉系统，进而引发脑栓塞。不同职业的人群如潜水员等面临较高的空气栓塞风险，而一般人群在胸部外伤或手术时需注意预防空气栓塞的发生。
脂肪栓塞：常见于长骨骨折、严重脂肪组织挫伤或脂肪肝挤压伤等，脂肪滴进入血流形成栓子阻塞脑动脉。长骨骨折患者中，约有9%-10%会发生脂肪栓塞综合征，其中部分患者会出现脑栓塞。儿童长骨骨折后发生脂肪栓塞的风险可能与儿童骨骼发育特点有关，儿童骨骼韧性较大，骨折时脂肪组织更容易受损释放脂肪滴；而老年人由于骨质疏松等原因，长骨骨折后脂肪栓塞的发生机制可能也有所不同，但总体上长骨骨折是脂肪栓塞导致脑栓塞的重要诱因之一。
癌性栓塞：肿瘤细胞脱落形成栓子，随血流到达脑动脉引起栓塞。许多恶性肿瘤都可能发生癌性栓塞，如肺癌、胃癌、乳腺癌等。肿瘤患者由于肿瘤组织生长迅速，血管丰富且脆弱，容易有肿瘤细胞脱落进入血管。不同类型的肿瘤患者发生癌性栓塞的几率不同，例如肺癌患者发生脑转移并导致脑栓塞的相对较多。肿瘤患者的年龄、身体状况等因素也会影响癌性栓塞的发生，一般来说，年龄较大、身体状况较差的肿瘤患者，机体的免疫及清除栓子等能力较弱，更易发生癌性栓塞相关的脑栓塞。
