引起脑血栓的原因，最常见的是血管壁本身的病变，也就是动脉粥样硬化斑块形成。常常与高血压、糖尿病、血脂异常、高同型半胱氨酸血症、吸烟、饮酒肥胖等危险因素有关，以上的危险因素最终可以导致脑动脉狭窄甚至闭塞，最终形成脑血栓、脑梗死。
其它罕见的原因，包括血液成分的改变，其中包括真性红细胞增多症、血小板增多症、高纤维蛋白原血症等等一系列的临床疾病，上述疾病可以导致血液的高凝状态，最终在脑动脉内形成栓塞或者是栓子堵塞血管，最后引起脑梗死、脑血栓。
还有一些罕见的原因，包括脑动脉夹层及脑动脉炎等等，还有的脑梗死原因不明。