أسباب الإصابة بالصداع النصفي غير معروفة بالكامل، لكن العلماء استطاعوا عن طريق الدراسات والأبحاث فهم ميكانيكية حدوث النوبات والتغيرات الفسيولوجية التي تحدث في شرايين وأغشية الدماغ أثناء النوبات الحادة وما يحدث خلال النوبة يمكن تلخيصه بتغييرات في الشرايين داخل الدماغ حيث تتقلص بداية ثم تتوسع مصحوبة بالتهابات في بعض الأعصاب داخل الدماغ تنقل إشارات الألم، ومن هنا تبدأ النوبات.