При мігрені відбувається збудження мозкових структур із виділенням специфічних білків, що викликають розширення судин мозку та пробудження больових рецепторів їх стінок; больові імпульси надходять на сенсорну кору мозку, де і формується пульсуючий біль. Також знижується рівень серотоніну в мозку, що стимулює тромбоцити, що містять велику кількість цієї речовини. Це і пояснює часту локалізацію болю у правій півкулі — тромбоцитів там міститься більше.