一、酒精代谢产物的刺激作用
酒精（乙醇）进入人体后，主要在肝脏经过乙醇脱氢酶的作用转化为乙醛，乙醛再在乙醛脱氢酶的作用下进一步代谢为乙酸，最终分解为二氧化碳和水排出体外。但乙醛是一种具有刺激性的物质，它会导致脑血管扩张，从而引起头疼。有研究表明，体内乙醛脱氢酶活性较低的人群，乙醛代谢速度较慢，更容易出现饮酒后头疼的情况，这与个体的基因差异有关，不同性别、不同年龄的人群基因表达存在差异，所以在饮酒后乙醛对血管的刺激反应有所不同，例如一些男性由于基因特点，相对女性可能更易在饮酒后因乙醛积累出现头疼。
二、血管活性物质的变化
饮酒后，身体内的一些血管活性物质会发生改变。如前列腺素、5-羟色胺等物质的水平会波动。前列腺素能够调节血管的张力等，饮酒后其水平变化可能导致脑血管的舒缩功能紊乱，进而引发头疼。不同生活方式的人，比如长期大量饮酒者，身体对这些血管活性物质的调节机制可能会逐渐适应，但一旦饮酒，这种原本平衡的状态被打破，更容易出现头疼。对于有基础病史的人群，如本身有脑血管疾病相关病史的人，饮酒后血管活性物质的变化可能会加重脑血管的异常状态，从而使头疼症状更明显。
三、神经递质的影响
饮酒还会影响神经递质的平衡。例如，γ-氨基丁酸是一种抑制性神经递质，酒精会增强γ-氨基丁酸能神经元的活性，同时也会影响去甲肾上腺素等兴奋性神经递质的功能。神经递质的失衡会干扰神经系统对头部感觉的调控，导致头疼。不同年龄阶段的人，神经系统的发育和功能状态不同，婴幼儿神经系统发育不完善，饮酒后神经递质受影响的程度和表现与成年人不同；老年人神经系统功能衰退，对神经递质失衡的耐受和调节能力下降，饮酒后更易头疼。性别方面，女性的激素水平等因素会影响神经递质对酒精的反应，可能在饮酒后更易出现因神经递质失衡导致的头疼。