头痛是由于颅内的血管、脑神经、硬脑膜及颅外的颈神经分支受刺激所致，因此各种病因如炎症、肿瘤、外伤、血管病或颅内压等均可引起头痛。
颅内病变引起的头痛。疼痛多较剧烈，多为深部的胀痛、炸裂样痛，常不同程度地伴有呕吐、神经系统损害体征、抽搐、意识障碍、精神异常以至生命体征的改变。
(1)脑膜脑炎。属脑膜刺激性头痛，颈项部也多疼痛，有脑膜刺激征。起病多较急骤，并有发热和脑脊液的阳性所见。
(2)脑血管病。
①出血性脑血管病。脑出血多有剧烈头痛，但不以头痛就诊。以头痛为主诉者为蛛网膜下腔出血，常因无偏瘫等神经系统局限体征，而被漏诊。本病多在用力或情绪激动后突发剧烈头痛、呕吐，也具有脑膜刺激性头痛特点。病因多为先天性动脉瘤、动静脉畸形和脑动脉硬化。血性陈旧出血性脑脊液可以确诊。
②缺血陛脑血管病。脑血栓一般甚少头痛，但椎基底动脉短暂缺血发作性头痛并不少见。以下诸症可作为诊断依据：头痛可因头位转动或直立位时诱发。头痛前后或同时多伴有其他脑干短暂性缺血症状，以眩晕最多见，其他可有闪辉暗点、黑蒙、复视、口面麻木、耳内疼痛、视物变形等。可有轻微的脑干损害体征，如眼球震颤(患者头后仰转颈，使一侧椎动脉受压后更易出现)，一侧角膜反射或(和)咽反射的迟钝或消失、平衡障碍或阳性病理反射等。有明确病因，如脑动脉硬化、糖尿病、冠心病以及颈椎的增生、外伤或畸形等。脑血流图(头后仰转颈原来波幅下降达30％以上)、颅外段椎动脉多普勒超声检查(管径狭窄或／和血流量降低)、眼震电图(转颈后出现眼震)等实验室检查阳性。缺血性脑血管病产生头痛的机制，可能囚颅内供血不足，颅外血管代偿性扩张所致，因此，也具有血管性头痛特点。
③脑动脉硬化。系因脑部缺氧引起。头痛多伴神经衰弱表现，有高血压者则有高血压头痛特点，并有轻微神经系统损害体征，眼底和心脏等有动脉硬化征象和血脂增高等。
④高血压脑病。高血压患者如血压骤升而致脑部小动脉痉挛发生急性脑水肿时，可因急性颅内压增高而产生剧烈头痛，眼底可见视网膜动脉痉挛、出血、渗出等。多见于尿毒症和子痫等。
(3)颅内肿物及颅内压增高。包括脑瘤、脑脓肿、颅内血肿、囊肿(蛛网膜炎)、脑寄生虫等。一方面，肿物本身对颅内疼痛敏感组织的压迫、推移，可引起局部及邻近部位的头痛(牵引起头痛)，如垂体瘤可产生双颞或眼球后胀痛，头痛呈进行性加重，并有神经系统局限体征；另一方面，80％的肿物患者有颅内压增高，全头部呈现胀痛、炸裂痛，缓慢发生者早期仅在晨起后发生(因平卧一夜后脑静脉郁血，颅内压更加增高)，以后逐渐为持续性痛，在咳嗽、用力后因颅压突增，头痛加重，并有呕吐、视乳头水肿、视网膜出血、精神症状、癫痫等。
(4)低颅压综合征。多发于腰椎穿刺、颅脑损伤、手术或脑膜脑为等之后及严重脱水等情况下，侧卧位腰穿脑脊液压力在93～10.7千帕(70～80毫米汞柱)以下，或完全不能流出。起坐后突发剧烈头痛，常伴恶心、呕吐，系因此时颅内压进一步下降，颅内疼痛敏感组织失去了脑脊液的托持而受到牵拉所致，故属于牵引性头痛。平卧后头痛迅速缓解。偶有徐脉和血压升高。
(5)癫痫性头痛。多见于青少年及儿童，头痛呈剧烈搏动性痛或炸裂痛，发作和终止均较突然，为时数秒至数十分钟，偶可长达一天，发作频率不等。可伴有恶心、呕吐、眩晕、流涕、流泪、腹痛、意识障碍或恐怖不安等。脑电图检查特别在发作期常有癫痫波形，也可有其他类型的癫痫发作史、癫痫家族史和有关的病因史，服用抗癫痫药物可控制发作。可能系各种疾病导致间脑部位异常放电所致。
(6)颅脑损伤后头痛。颅脑损伤早期头痛与软组织损伤、脑水肿、颅内出血、血肿、感染等有关。后期的头痛相当多见，大多为衰弱表现，称为“外伤性神经症”或“脑外伤后综合征”。但很大一部分患者或并发或单独尚有其他头痛表现，机制也十分复杂。常见的有血管性头痛(包括各种类型的偏头痛类血管性头痛)、肌收缩头痛、颅表神经痛以及头皮疤痕引起的头痛等。系与局部血管、血管运动中枢、头皮、颈肌、颈神经根或头颈部各个神经分枝受损有关，有的则和并发的颈椎损伤所致的椎动脉短暂缺血等因素有关。少数头痛为外伤晚期并发症引起，如颅内血肿、外伤性脑蛛网膜炎、低颅压综合征、自发性气脑、癫痫性头痛以及晚发性脑脓肿、脑膜炎等。故诊断时应详细询问病史并作有关检查，明确头痛的性质和类型，不宜不加分析笼统地诊断为脑外伤后遗症。