Smerten er nesten alltid konsentrert rundt eller (mest typisk) bak det ene øyet, og er alltid ensidig. Men sykdommen utløser også alltid minst ett eller flere autonome symptomer ipsilateralt til smerten. Opphavet til den intense smerten er vaskulær, og skyldes at blodkar i hodet vasodilerer (utvider seg) og trigger smertereaksjoner i hodets 5. hjernenerve – (også kalt trillingnerven). Årsaken er imidlertid fortsatt ukjent, selv om patofysiologien viser at hypothalamus er en sentral del av årsaken.