Die Ursache der Migräne ist bis heute noch nicht eindeutig geklärt. Sie liegt aller Wahrscheinlichkeit nach in einer Entzündung an den Kopfgefäßwänden, die durch erhöhte Nervenaktivitäten verursacht wird (neurogene Entzündung).

Den erhöhten Nervenaktivitäten liegt eine abnorme Veränderung der Aktivität des Hypothalamus (Chef des autonomen Nervensystems im Gehirn) zugrunde. Dort befindet sich ein Areal, welches auf externe oder interne Reize, wie z.B. Nahrungsmittel, Gerüche, Streß etc. reagiert. Bei Migränepatienten lösen einige dieser Reize (= Auslöser, Trigger) die Veränderung der Hypothalamus-Aktivitäten aus. Durch diese Störungen bekommt der Versorgungsnerv für die Blutgefäße im Kopf (Nervus Trigeminus) erhöhte Schmerzimpulse und überlastet somit die Gefäßwände.

Die Folge ist eine Entzündung der Gefäßwände, sie quillen auf und verdicken sich. Der Gefäßinnendurchmesser verkleinert sich und somit wird der Blutfluß reduziert und das Gehirn wird mangelhaft durchblutet (die Migräneaura entsteht). Nach einiger Zeit hat die Entzündung die gesamte Gefäßwand erreicht, welche dann durch den ständigen Blutdruck erweicht (Ende der Aura). Durch das "ausgeleierte" Gewebe tritt nun eiweißhaltige Flüssigkeit aus, welche die Schmerzempfindlichkeit stark vergrößert (Beginn des Migränekopfschmerzes). Jeder Pulsschlag gegen die entzündete Gefäßwand führt zu dem typischen Migränekopfschmerz. Bei einer Migräne ohne Aura geht der Entzündungsprozess langsamer voran und somit zieht sich das Gewebe am Anfang nicht so stark zusammen.