Årsaken er ikke fullstendig klarlagt, men man regner med at (SPG) er en sentral i forhold til smerten. Tidligere trodde man at migrene skyldtes sammentrekninger og utvidelser av pulsårer i og rundt hjernen, men i dag er man mer tvilende til om dette er korrekt. Nå tyder det på at migrene er en sykdom i selve hjernen. Migrene kan derfor skyldes en kombinasjon av disse to faktorene. Smertene kommer i den fasen der blodårene utvider seg (vasodilatasjon). Man vet at en bølge (kortikal spredende depresjon (CSD)) av nedsatt elektrisk aktivitet, som starter bakerst i hjernen og brer seg fremover hjernebarken og gir nedsatt sirkulasjon i hjernen, som senere leder til overdreven sirkulasjon, kan være årsaken til hodepinen.