Migräne wird oft als eine angeborene Besonderheit der Reizverarbeitung im Gehirn beschrieben. Studien zeigen, dass die genetische Disposition von Bedeutung sein dürfte, Studien mit Adoptivkindern belegen aber, dass Migräne offensichtlich auch erlernt werden kann. Tatsächlich wehrt sich das Gehirn gegen alle möglichen Reizungen, von rein chemischen bis zu tiefgehenden emotionalen. Ganz verschiedene und individuell andere Auslöser setzen die Kaskade der verschiedenen Mechanismen in Gang.

Zunächst wird das Flucht-Angriffs-Alarm-System (sympathisch), dann aber das Ruhe-Ernährungs-System (parasympathisch) übermässig angetrieben. Dabei wird der Organismus mit üblichen Botenstoffe überschwemmt, was zu Störungen in  vielen Systemen, so zum Beispiel der Hirnaktvitäten, der Ernährungs- und Verdauungskontrolle einschliesslich dem Brechzentrum, der Gefässregulierung, der Steuerung der Gewebsbeschaffenheit und vor allem der Moderation der Aufnahmebereitschaft der Sinnesorgane. Deshalb ist der ganze Vorgang sehr komplex.

Früher glaubten medizinische Wissenschafter, dass Spannungstyp-Kopfweh durch Verspannungen der Kopf- und Nackenmuskeln verursacht wird und die Migräne durch Erweitungder Gefässe im Kopf begründet sei. Das wird immer massiver widerlegt.

Das Gehirn als Ganzes ist der Schlüssel. Die beiden Formen (Migräne und Spannungstyp-Kopfweh) gehören wahrscheinlich zum gleichen grossen Spektrum seiner Abwehrprogramme. Selbstverständlich spielen Botenstoffe (Neurotransmitter) dabei die gleiche Rolle wie bei anderen höheren Hirnleistungen, ihr Überangebot entspricht einfach den Anforderungen typischer Notprogramme.

Ursachen und Entstehungsmechanismus eines Cluster-Kopfschmerz sind derzeit noch nicht geklärt. Die Erweiterung oder die Entzündung der Blutgefässe scheint nicht, wie früher vermutet, die Ursache für den Kopfschmerz zu sein, sondern eine Folge. Da die Attacken in einer bestimmten Tages- und Jahreszeitenrhythmik (vor allem nach dem Einschlafen, in den frühen Morgenstunden, im Frühling und Herbst) auftreten, geht man davon aus, dass eine Fehlsteuerung biologischer Rhythmen zugrunde liegt. Die Steuerung des Schlaf-Wach-Rhythmus regelt unter anderem das Zwischenhirn, dem Hypothalamus. Experten vermuten, dass die Attacken in dieser Hirnregion entstehen und dass das autonome Nervensystem und der Trigeminusnerv sie aufrechterhalten. Studien haben nachgewiesen, dass die Hirnregion um den Hypothalamus bei Cluster-Kopfschmerz-Patienten stärker aktiv ist.

Hier weiss man wenig, deshalb ein Annäherungsversuch einiger Zürcher Neurologen:

Wenn man Anfälle zu oft unterdrückt, unterdrückt man auch ihre spontane Rückbildung und führt so ein chronisches Störungsbild herbei.

Ähnliche Verläufe sehen wir beim Privinismus (zuviel abschwellendes Nasenspray), Cortisondermatosen, Abführmittelabusus, Schlafmittelabusus. Eine verstärkte Aufschwemmung des Körpers durch Missbrauch von harntreibenden Mitteln (wird oft von jungen Frauen zur Abmagerung eingsetzt) kann ebenfalls beobachtet werden.

Medikamente, die regulierend wirken, können im Übermass paradoxe Effekte erzeugen.