Si un certain nombre des mécanismes en jeu ont été déjà découverts, ce qui a permis le développement de médicaments spécifiques, son étiologie demeure toujours une énigme.

Les hypothèses prévalant à ce jour sont celles vasculaire (contraction des vaisseaux => souffrance cérébrale => dilatation des artères => céphalée), sérotoninergique (diminution de la neutralisation de la douleur par baisse du taux de sérotonine), de la substance P (activation du nerf trijumeau => libération de substance P => douleur et inflammation des vaisseaux voisins => activation du trijumeau).

De nombreux chercheurs pensent qu'une vulnérabilité accrue du système nerveux aux changements brutaux soit dans l'organisme soit dans son environnement pourrait être, chez certains individus, la cause d'une inflammation des vaisseaux et des nerfs autour du cerveau.