基底动脉型偏头痛的病因主要有血管学说、神经学说、三叉神经血管学说等。
1、血管学说：基底动脉在脑桥基底沟内，在脑桥与延髓交界处的桥延沟外，与脑干腹侧的基底沟相连。椎-基底动脉的抽搐会导致局部脑组织缺血，从而出现相应的前兆症状，在头痛的发作期，会因为酸性代谢产物的积累，而使大脑内的小动脉、颅外动脉反应性扩张。
2、神经学说：认为偏头痛是一种神经功能障碍性疾病，其前兆是扩张性皮质受到抑制。由多种不良刺激所致的脑后皮层的神经电活性抑制区，这种抑制作用以2~5毫米/分钟的速率扩散到相邻的皮质，并伴有可扩张的血液流量。
3、三叉神经血管学说：三叉神经节及神经纤维受到刺激后，可导致P物质、降钙素基因相关的肽以及其它神经肽的分泌。这些物质对相邻的脑血管壁会造成血管膨胀，从而导致搏动性头疼。