头痛并呕吐可能由多种疾病引起，比如偏头痛急性发作时，约有一半的患者会伴随呕吐症状，这种情况较为常见。
颅内压增高相关疾病
脑肿瘤： 脑内肿瘤不断生长，会占据颅内空间，导致颅内压升高，从而引发头痛并呕吐。一般来说，这种头痛可能会持续加重，呕吐多为喷射性呕吐，即胃内容物不自主地呈喷射状涌出。脑出血： 脑血管破裂出血后，血液在颅内积聚，会使颅内压迅速升高，引起剧烈头痛，同时常伴有呕吐。例如高血压患者血压突然升高时，就容易诱发脑出血，出现头痛呕吐症状。
神经系统感染性疾病
脑膜炎： 细菌、病毒等病原体感染脑膜，引发炎症反应，刺激脑膜和神经，导致头痛，同时炎症刺激可能引起呕吐。其中病毒性脑膜炎起病相对较缓，细菌性脑膜炎病情可能较为凶险，都可能出现头痛呕吐表现。脑炎： 脑实质受到病原体侵袭发生炎症，也会出现头痛呕吐症状，还可能伴有发热、意识障碍等表现，比如单纯疱疹病毒性脑炎，可导致严重的神经系统症状。
其他可能疾病
青光眼： 眼压急剧升高时，会引起头痛并伴有呕吐。青光眼患者眼压通常会超过正常范围（正常眼压一般在10~21mmHg），除了头痛呕吐，还会有眼睛胀痛、视力下降等表现。偏头痛： 是一种常见的原发性头痛，发作时多为单侧头部搏动性疼痛，约有一半患者会伴随恶心、呕吐症状，部分患者在呕吐后头痛可能会有所缓解。