头痛是因为头颅内外的痛觉神经末梢受到刺激而引起，常见的刺激原因有：物理、化学、生物方面的原因，如撞击、炎症、肿瘤挤压、血肿压迫等，这些刺激经过神经冲动传导给大脑，便产生头痛。具有痛觉神经末梢的的头颅组织有：
颅内组织
1硬脑膜不同部位硬脑膜对痛觉的敏感性不同，其中后颅底部位最为敏感，以溴窝最强。大脑镰及大脑凸面不敏感。
2血管颅内外的动脉对痛觉都很敏感，其中最为敏感的是脑膜中动脉。大脑中动脉和椎动脉的起始部1－2厘米有痛觉。大脑静脉无痛觉，静脉窦有痛觉，如海绵窦、乙状窦、横窦。
3颅神经舌咽神经、三叉神经、面神经中的中间神经、迷走神经在颅内的根丝和颈1－3神经根对疼痛均十分敏感。
4蛛网膜只有颅底大血管周围的蛛网膜对痛觉敏感。
颅外组织颅外的血管、骨模、肌肉、头皮、皮下组织、帽状腱膜等对痛觉都敏感，也是头痛的主要组织。
1通常容易头痛的颅外动脉有枕动脉、颞浅动脉和耳后动脉，这些血管对血管内腔的扩张，血管壁的牵拉、扭曲都会导致波动性疼痛的产生。
2引起头痛的肌肉有：颞肌、头半脊肌、头最长肌、颈最长肌、枕后肌群、头夹肌、颈夹肌等等。
3颅外神经末梢：枕大神经、枕小神经、眶上神经、耳大神经、耳颞神经的末梢对痛觉极为敏感。
4骨模：颅底骨模对疼痛敏感，顶部的骨模则不敏感。
5其他组织：鼻窦、副鼻窦的粘膜组织，外耳、中耳、牙髓等对疼痛敏感，可以引起头痛。
伴有发热的头痛需排除脑部感染性疾病，如病毒性脑炎、隐球菌脑炎、钩端螺旋体病、等等