脑血栓主要是脑部血管内形成血栓，阻塞血管，导致局部脑组织缺血缺氧坏死引起的。一般来说，动脉粥样硬化是引发脑血栓的重要基础，约有60%的脑血栓患者有动脉粥样硬化病史。
血管病变因素
动脉粥样硬化：这是最常见的血管病变原因。人体随着年龄增长，血管壁会逐渐出现脂质沉积，就像水管内壁结垢一样，慢慢形成斑块，当斑块越来越大，就可能导致血管狭窄，血液流动受阻，进而容易形成血栓。比如50岁以上人群动脉粥样硬化的发生率会明显升高。动脉炎：某些炎症性疾病会累及脑血管，像结缔组织病相关的动脉炎等，炎症会损伤血管内膜，使血管内膜不光滑，血液中的有形成分容易在损伤处聚集形成血栓。
血液成分改变因素
血液黏稠度增高：当人体脱水、患有某些疾病（如红细胞增多症）时，血液中的有形成分相对增多，血浆中纤维蛋白原、球蛋白等含量升高，会使血液变得黏稠。例如严重腹泻、呕吐的人，身体缺水，血液黏稠度上升，就增加了脑血栓形成的风险。凝血机制异常：一些遗传性或获得性的凝血因子异常疾病，会让血液更容易凝固。像蛋白C、蛋白S缺乏症患者，身体的抗凝机制出现问题，就容易在血管内形成血栓。
血流动力学因素
血压波动：血压突然急剧升高时，会对血管壁造成较大压力，容易损伤血管内皮，促使血小板等聚集形成血栓；而血压过低时，血流速度减慢，血液中的有形成分容易在血管壁沉积，也容易形成血栓。一般当收缩压低于90mmHg或舒张压低于60mmHg时，就可能因血流缓慢增加脑血栓风险。心脏功能异常：心脏疾病会影响血液循环，比如心房颤动患者，心脏跳动不规则，容易在心房内形成血栓，这些血栓脱落后随血液流到脑部血管，就会阻塞血管引发脑血栓。大约有15% - 20%的脑血栓患者是由心房颤动导致的栓子脱落引起。