用脑过度头痛通常是因为大脑长时间处于高度紧张状态，导致头部血管收缩、舒张功能紊乱引发的。一般来说，当人们持续用脑1 - 2小时后，就可能出现头痛迹象。
大脑神经递质变化导致头痛
当用脑过度时，大脑中的神经递质会发生改变。例如，去甲肾上腺素等神经递质的失衡可能影响血管的调节功能。大脑神经细胞持续活跃消耗大量能量，使得局部脑组织缺血缺氧，进而刺激痛觉感受器引发头痛。而且，过度用脑还会使大脑皮层处于兴奋状态难以平复，影响神经递质的正常代谢，进一步加重头痛的感觉。
血管因素引发头痛
用脑过度时，头部血管会出现异常变化。一方面，脑血管会反射性收缩，长时间收缩会导致血管痉挛，引起脑部供血相对不足，从而产生头痛。据研究，长期过度用脑的人群中，约有60%会出现脑血管痉挛相关的头痛症状。另一方面，血管舒张功能也会受到影响，本应舒张来保证脑部血液供应的血管无法正常舒张，使得血液在局部淤积，刺激血管周围的神经，导致头痛产生。
肌肉紧张造成头痛
过度用脑时，头部、颈部的肌肉会处于持续紧张状态。比如长时间伏案工作用脑，颈部的肌肉一直保持收缩姿势，会引起肌肉缺血缺氧，释放乳酸等代谢产物，这些产物刺激神经末梢就会引发头痛。而且这种肌肉紧张还会影响头部的气血循环，加重头痛的程度，并且这种肌肉紧张如果长期存在，还可能发展为慢性头痛，影响生活质量。