头痛伴呕吐可能由多种原因引起，比如偏头痛急性发作时，约有一半的患者会伴随呕吐症状，通常在头痛发作后的几个小时内出现。
一、神经系统疾病相关
1. 偏头痛：
血管收缩因素：偏头痛发作前期，颅内外血管会出现收缩，这可能引发头痛，随后血管扩张又会加重对周围组织的刺激，进而导致呕吐。一般偏头痛的头痛多为单侧搏动性疼痛，疼痛程度中等或重度，可伴有恶心、呕吐等症状。
2. 颅内感染：
脑膜炎： 细菌、病毒等病原体感染脑膜后，会引起脑膜炎症反应，刺激脑血管和神经，导致头痛，同时炎症会刺激呕吐中枢，引发呕吐。患者除了头痛、呕吐外，还可能伴有发热、颈项强直等症状，比如病毒性脑膜炎，发病前可能有上呼吸道感染病史。
二、五官科疾病相关
1. 青光眼：
眼压升高： 青光眼患者眼压急剧升高时，会导致眼部神经受压，疼痛会放射至头部，引起头痛，同时眼压升高刺激眼部的三叉神经末梢，反射性引起呕吐。青光眼引起的头痛通常是眼眶周围或额部疼痛，同时伴有视力模糊、眼胀等表现，测量眼压会发现明显升高，一般眼压超过21mmHg就需要警惕。
2. 鼻窦炎：
炎症刺激： 鼻窦发生炎症时，炎症因子会刺激周围的神经，导致头痛，而且鼻窦的炎症可能会引起鼻腔分泌物增多，刺激咽喉部，也可能反射性引起呕吐。鼻窦炎引起的头痛有一定的时间规律，比如上颌窦炎一般晨起轻，午后重；额窦炎则是晨起明显，午后减轻。
三、全身性疾病相关
1. 高血压：
血压波动： 血压突然升高时，会导致脑血管痉挛或扩张，引起头痛，同时血压升高刺激延髓呕吐中枢，导致呕吐。高血压患者的头痛一般是全头部胀痛或搏动性痛，当血压急剧升高时，除了头痛、呕吐，还可能出现心慌、胸闷等症状，测量血压会发现收缩压超过140mmHg和（或）舒张压超过90mmHg。
2. 中暑：
体温过高： 在高温环境下，人体体温调节功能紊乱，体温过高会影响神经系统功能，导致头痛，同时身体为了散热可能会出现恶心、呕吐等反应。中暑引起的头痛通常伴有体温升高，可达38℃以上，还可能有大汗、口渴、乏力等表现。