发烧时头疼主要是因为体温升高会让头部血管扩张，刺激到头部的痛觉神经末梢，从而引发头疼。一般来说，当体温升高1℃，脑部血管可能会扩张约2%左右，这种扩张就容易导致头疼。
发烧时身体代谢变化引发头疼
体温升高会使身体代谢加快，身体耗氧量增加，大脑相对缺氧，就可能引起头疼。比如，正常人安静时大脑耗氧量约为每分钟200 - 250毫升，发烧时大脑耗氧量会明显增多，如果供氧跟不上，就容易出现头疼症状。另外，发烧时身体会产生一些炎性介质，这些介质也会刺激神经，导致头疼。
脑部血管调节失常导致头疼
发烧时，体温调节中枢紊乱，会影响脑部血管的正常调节。正常情况下，脑部血管会根据身体需求自动调节血流量，以保证大脑的正常供血供氧。但发烧时，这种调节功能失调，血管过度扩张或收缩异常，就会引发头疼。例如，体温快速上升阶段，脑部血管往往会急剧扩张，进而刺激头疼感受器，引发明显头疼。
个体差异对头疼的影响
不同人群对发烧时头疼的感受和表现有所不同。儿童的颅骨骨缝还未完全闭合，发烧时颅内压变化相对更敏感，更容易出现头疼情况。而成年人发烧时，头疼的程度和表现也因人而异，有些人可能只是轻微头疼，有些人则可能头疼较为剧烈。比如，有研究发现，约30% - 50%的儿童在发烧时会出现不同程度的头疼症状，而成年人中也有相当一部分人发烧时会受到头疼的困扰。