受体的激活导致钙质进入细胞。细胞活跃度加剧后，该区域大脑皮层中的血流量将在接下来的2至6小时内减少。当这种去极化作用传播到大脑下侧时，即可触发头部和颈部的疼痛感神经。
疼痛.偏头痛的准确致病机理目前尚不得而知。有些证据显示，中枢神经系统结构（如脑干和间脑）起着主导作用，而其它数据则支持周边激活理论（如通过围绕在头部和颈部血管周围的感觉神经激活）。可能触发头痛的血管包括：硬膜动脉、软膜动脉和颅外动脉，如头皮动脉等。颅外动脉的血管舒张尤其被认为是重要致病原因。