脑血栓最主要和最常见的病因是动脉粥样硬化。高血压病、高脂血症、糖尿病和高同型半胱氨酸血症，可促使动脉粥样硬化的形成和发展。其他病因还有动脉壁炎性病变、淀粉样脑血管病、血液高凝状态以及先天性血管畸形和真性红细胞增多症等等，尤其是动脉壁炎性病变，如钩端螺旋体病、风湿病、结核病、梅毒、变态反应、艾滋病等等，均可以导致动脉壁炎性改变。由于动脉粥样硬化好发于大动脉的分叉、弯曲和汇合处，因此大脑中动脉、颈内动脉虹吸部以及起始部、椎动脉以及基底动脉中下段，均是脑血栓的好发部位。这些区域的动脉，在长期血管壁损伤的基础之上，血管内膜斑块、炎症损伤，形成溃疡，血小板及纤维组织形成有形成分，黏附、积聚、沉着，从而形成血栓。当血栓的碎片脱落而阻塞远端的动脉时，即可发生血栓事件。逐渐形成的动脉硬化斑块，在早期一般没有任何症状，当管腔狭窄达到80%以上时，才会影响脑血流量。此时，如果出现血压下降、血流缓慢、脱水等血黏度增高，血管痉挛，使脑的有效灌流及侧支循环代偿不足时，即可导致急性脑血栓的形成。