脑梗死的发生与血管壁病变、心脏和血流动力学改变、血液成分和血液流变学改变密切相关。血管壁病变包括动脉粥样硬化（中老年多见，与多种生活方式相关因素及年龄增长有关）和动脉炎（分感染性和非感染性，分别与感染及自身免疫相关）；心脏和血流动力学改变有心源性栓塞（房颤等致血栓脱落栓塞脑动脉）和低血压等致脑血流灌注不足；血液成分和血液流变学改变有血液成分异常（红细胞增多症等致血栓形成）和血液流变学异常（脱水等致脑血流改变）。
动脉炎：各种炎症可累及脑动脉，如感染性动脉炎（细菌、病毒、螺旋体等感染）、非感染性动脉炎（如结缔组织病相关动脉炎）。感染性动脉炎在感染性疾病高发季节或有感染高危因素人群中更易发生，非感染性动脉炎与自身免疫相关，好发于有自身免疫性疾病病史的人群。
心脏和血流动力学改变
心源性栓塞：心房颤动是常见的cause，心房颤动时心房失去有效的收缩，血液易在心房内淤积形成血栓，当血栓脱落随血流进入脑动脉时可引起脑梗死。心房颤动在中老年人群中较为常见，尤其是有基础心脏疾病（如风湿性心脏病、冠心病等）或存在高龄、高血压、糖尿病等危险因素的人群。此外，心肌梗死、心脏瓣膜病、心肌病等也可导致心源性栓塞，心肌梗死时心脏内形成的血栓、心脏瓣膜病导致瓣膜上的赘生物等都可能成为栓子来源。
低血压和血流动力学改变：各种原因引起的全身血压过低或脑局部血流灌注不足均可导致脑梗死，如严重的心力衰竭、休克、心律失常等导致心输出量急剧减少，使脑供血不足；颈动脉狭窄患者在体位突然改变、血压大幅波动时，也可能因脑血流灌注不足而发生脑梗死。老年人血管调节功能相对较弱，更易受血压波动影响，当发生低血压时脑梗死风险增加。
血液成分和血液流变学改变
血液成分异常：红细胞增多症、高黏血症、凝血机制异常等可导致血液黏稠度增加或凝血功能亢进，易形成血栓。红细胞增多症患者红细胞数量异常增多，血液黏稠度显著升高；高黏血症可能与血浆中纤维蛋白原、球蛋白等成分增多有关；凝血机制异常如遗传性或获得性凝血因子缺乏、抗凝蛋白缺乏等，会使血液易发生凝固形成血栓。一些血液系统疾病患者或长期服用某些特殊药物（如避孕药等）的人群易出现血液成分异常。
血液流变学异常：血液流变学异常主要表现为血液流动性、黏滞性、凝固性改变等，可影响脑血流。如在脱水、高脂饮食等情况下，血液流变学可能发生改变，导致脑血流阻力增加，血流速度减慢，增加脑梗死发生风险。脱水人群若未及时补充水分，血液浓缩，黏滞度升高；长期高脂饮食人群血液中脂质成分增多，也会影响血液流变学特性。
