A. 三叉神經受到刺激產生疼痛：
三叉神經是掌管頭部感覺的主要神經，一般認為偏頭痛與三叉神經受刺激有關。這些三叉神經的末梢，緊緊圍繞在頭部血管的周圍，正常情況下，不會被血管刺激；可能是下面 B 提到的腦部電氣活性變化，使偏頭痛患者的三叉神經末梢變得敏感，被跳動的血管刺激，而產生一漲一縮、搏動式痛覺。
B. 腦部電氣活性改變刺激三叉神經：
然還不確定，但偏頭痛的起源可能是腦本身一種緩慢的電位改變造成。這種電氣活性改變會在腦部傳遞，可能跑到腦膜或血管上，影響了分佈於此處的三叉神經。
C. 頭痛以外的症狀：
除了頭痛之外，偏頭痛發作時還會合併其他非頭痛的症狀，如噁心、嘔吐等。因為大腦整體敏感化的關係，各種感官刺激都可能引發不適，例如：光線、聲音、味道、觸覺等等。