Die Ursachen von primären Kopfschmerzen sind nicht bekannt. Allen gemeinsam ist der vermutete Entstehungsmechanismus der Kopfschmerzen im Gehirn selbst, möglicherweise sogar in relativ umschriebenen Zonen im Innersten des Gehirns ("Kopfschmerz- Generatoren"). Manches deutet darauf hin, dass die Veranlagung zu primären Kopfschmerzen angeboren (genetisch) ist, auch wenn sich die Kopfschmerzen erst später, z. B. im frühen Erwachsenenalter manifestieren. Dies erklärt den Umstand, dass in manchen Familien oft über mehrere Generationen Patienten mit ähnlichen und regelmäßigen Kopfschmerzen zu finden sind.

Erst in den letzten Jahren ist es für einige, häufige Kopfschmerzerkrankungen gelungen, die Veränderungen innerhalb des Gehirns während einer einzelnen Kopfschmerzepisode genauer zu erforschen. Bei der Migräne beispielsweise, finden sich im Verlauf einer Attacke im Gehirn vorübergehend eine gestörte elektrische Funktion von Nervenzellen, Veränderungen der Durchblutung sowie eine Störung von Stoffwechselsystemen. Es ist offensichtlich, dass das Zusammenspiel der einzelnen Faktoren sehr komplex und erst in den Anfängen von der Wissenschaft verstanden ist

Bei sekundären Kopfschmerzen liegt definitionsgemäß eine mehr oder weniger umschriebene Ursache innerhalb des Gehirns oder im Bereich des Kopfes/ Halses zugrunde, die sich nach gründlicher Diagnostik in aller Regel auch finden lässt. Die Zahl der möglichen Ursachen ist zu groß, um sie in einer solchen Zusammenfassung einzeln aufzuführen. Zu den wichtigsten Auslösern zählen jedoch:

• Unfallbedingte Verletzungen des Kopfes oder der Halswirbelsäule
• Gefäßstörungen im Bereich des Kopfes oder Halses (Mangeldurchblutung, Hirnblutung, krankhafte Gefäßmissbildungen, Gerinnselbildungen, Einriss von Gefäßwandbestandteilen)
• Veränderungen des Hirnnervenwassers (krankhafter Aufstau oder Abfluss von Hirnnervenwasser)
• Tumoren im Kopf- und Halsbereich
• Medikamente oder Drogen (z. B. auch Schmerzmittel bei regelmäßiger Anwendung!)
• Infektionen (Hirnhautentzündung)
• Internistische Erkrankungen (Bluthochdruck, Erkrankungen der Schilddrüse, der Nieren, des Herzens etc.)
• Erkrankungen der Augen, Ohren, Nase, Zähne und Kiefer (nicht korrigierte Fehlsichtigkeit, grüner oder grauer Star, Entzündungen der Nasennebenhöhlen, Mittelohrerkrankungen etc.)

Häufig ist bei sekundären Kopfschmerzerkrankungen das Hinzuziehen mehrerer Fachärzte vonnöten.