女性偏头痛与雌激素的神经化学作用有着密切关系，偏头痛发生在两次月经周期之间的排卵期或月经来潮之前，这一时期女性体内雌激素含量远较平常要高得多，雌激素含量猛增会大量产生一种叫血清基的神经化学物质，血清基能有效的刺激大脑神经，导致心情烦躁、不安，情绪激动从而引起偏头痛。
月经期的偏头痛与雌二醇水平降低有关，雌二醇水平降低会引起颅内外血管及子宫血管对某些因素，如5-羟色胺的敏感性发生变化，从而出现头痛。另外，临床颈椎病、颈椎间盘退变、颈椎曲度改变，以及颈椎小关节病、颈肩部软组织病变，也可以由于刺激颈神经出现偏头痛症状。