Forskning med avansert billeddiagnostikk (neuroimaging med fMRI) har nylig antydet, at dysfunksjonen som fører til klasehodepine er relatert til både hypothalamus og kryssnettverket mellom mellomhjernen (diencephalon) og midthjernen (mesencephalon), men det presiseres at mer forskning er nødvendig før man kan trekke ytterligere konklusjoner. Man vet derfor ikke om dette er et fingeravtrykk for klasehodepinens patofysiologi (altså endringene som følger av sykdommen) eller en direkte effekt av den voldsomme smerten.