片頭痛の原因としては、脳やその周囲の血管が拡張したり、脳細胞の活動に一時的な変化が起こったり、脳の周囲にある三叉神経が異常に興奮して脳幹から大脳に刺激が伝わっていったりなど、さまざまな要素があることが知られています。
頭痛発作のさいに側頭部の血管が拡張することで、ズキンズキンと脈打つような痛みが起こるとされています。
片頭痛の痛み止めとして知られるトリプタン系薬は、拡張した血管を収縮させることで片頭痛の痛みを鎮めると考えられています。
また三叉神経の興奮には、CGRPというペプチドが関与します。CGRP関連薬と呼ばれる注射薬が実用化されており、片頭痛の予防に強い効果があります。