偏头疼是原发性头痛最常见的一种类型，初步认为是在脑部神经递质紊乱前提下所产生的血管疾病。可能是某区域脑卒中出现异常放电，并且向周围扩散，如果扩散到脑沟中以后，就会受到脑沟中血管阻拦，而不能前传，称为扩散性抑制。如果出现扩散性抑制之后，就会导致相应脑沟动脉剧烈痉挛，因此造成局部缺血。同时也是可以导致偏头疼先兆，最常见的是视觉先兆，其它可以产生于感觉或者无力。在先兆之后是血管痉挛解除，由于脑组织具有缺血，因此脑部神经递质释放可以使血管扩张，因为不是正常扩张，而是过度扩张，此种情况称为过度灌注期。

实际真正发生头疼通常也是发生在过度灌注期，之后由于血管的扩张，并且血管剧烈的波动会产生血管性头疼，可以认为是偏头痛发生的机制，但对于具体原因，目前并不是特别的清楚。