편두통의 정확한 원인은 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 그러나 오래전부터 인정받아 온 이론으로는 머리로 가는 혈류가 증가하여 혈관이 확장되면서 뇌의 신경 섬유를 압박하여 두통이 발생한다는 혈관 가설이 있습니다. 이 가설은 편두통 증상 중 전구 증상이나 조짐을 충분히 설명하지 못한다는 한계를 가지고 있습니다. 이러한 한계를 보완하기 위해 신경성 염증 가설이 제시되었습니다. 이 가설에 따르면, 두피와 두개 내 혈관에 분포하는 신경 말단에서 혈관 작용성 펩타이드가 방출되어 혈관 확장, 혈장의 혈관 외 유출 및 염증 반응을 유도함으로써 두통이 발생한다고 합니다. 이는 신경 이론과 관련이 있습니다. 또한, 편두통 환자들에게서 가족력이 있는 경향이 관찰되어 유전적 요인도 관련이 있는 것으로 생각됩니다. 특히, 매우 드문 유형인 가족성 반신마비 편두통과 관련된 유전자 3개가 현재까지 밝혀져 있습니다.