Med sykdommen kan det følge en rekke autonome symptomer (altså kroppslige symptomer som fremkalles av aktivitet i det autonome nervesystemet). Miose (forsnevring av pupillen) er vanlig. Rødsprengt hvitøye (konjunktival injeksjon, en dilatasjon av blodkar i konjunktiva) og tåreflod oppstår ofte fra det øyet smerten er konsentrert ved, og neseboret på samme side tetter seg og blir rennende. Ansiktsvette, rødmende panne, og tetthetsfølelse i øret på samme side er også vanlige symptomer. Når smerten eskalerer vil gjerne det øvre øyelokket henge ned (ptose) og det hvite i øyet kanskje bli rødsprengt (det kan være vanskelig å se hos noen), samtidig som tårefloden øker. Øyelokksødem (øyelokket og områdene rundt hovner opp) er også vanlig. Noe av disse symptomene kan forveksles med Horner syndrom, som imidlertid er en varig forverrelse som kan følge av klasehodepine. Tåkesyn, nærmest blindhet i noen tilfeller, og tap av følelse i tinningen på samme side som smerten oppstår, er heller ikke uvanlig, om enn mer sjeldent. Pasienter med klaseanfall blir ofte svært urolig og/eller aggressive og ønsker gjerne isolasjon, og de presser gjerne på øyet med hånden for å lindre smertene. Noen blir så desperate når smertene eskalerer at de tar til selvbeskadigelse for å avreagere. Andre hyler høylydt i smerte og kan vandre hvileløst omkring.