神经偏头痛的成因较为复杂，可能与遗传、神经细胞兴奋性紊乱以及血管舒缩功能障碍等因素有关。据统计，约60%的偏头痛患者有家族史。
遗传因素方面
家族遗传倾向： 研究发现，如果家族中有偏头痛患者，那么其他家庭成员患神经偏头痛的风险会明显增加。比如父母一方患有神经偏头痛，子女患病几率比常人高很多。基因相关： 目前已经发现一些与偏头痛相关的基因位点，这些基因的突变或变异可能影响神经传导和血管调节等功能，从而增加患神经偏头痛的可能性。
神经细胞兴奋性方面
神经递质失衡： 当大脑中的神经递质，如5 - 羟色胺等出现失衡时，容易引发神经偏头痛。例如，5 - 羟色胺水平降低可能会导致颅内血管收缩功能异常，进而诱发偏头痛发作。三叉神经血管系统异常： 三叉神经血管系统的激活在神经偏头痛的发生中起重要作用。三叉神经受到刺激后，会释放一些神经肽等物质，这些物质会导致颅内血管扩张、血浆蛋白渗出等，从而引发头痛等症状。
血管舒缩功能方面
血管调节异常： 颅内血管的舒缩功能失调是神经偏头痛的重要机制之一。在发作时，颅内外血管会出现过度收缩或舒张的情况。比如先出现颅内血管收缩，之后又可能过度舒张，这种异常的血管运动就会导致头痛的产生。血流动力学改变： 神经偏头痛发作时，局部脑血流量会发生变化。有研究显示，在偏头痛发作前期，局部脑血流量可能会减少，而发作时又可能出现血流量的异常增加，这种血流动力学的改变会影响神经和血管的正常功能，进而引发偏头痛。