脑中风主要是由于脑血管发生病变或异常引起的，其中缺血性脑中风约占所有脑中风的60%~80%，出血性脑中风约占20%~40%。
一、血管壁病变
高血压：长期高血压会使脑血管发生玻璃样变、纤维素样坏死，甚至形成微动脉瘤，当血压骤然升高时，微动脉瘤破裂就容易引发出血性脑中风，而且高血压也是动脉粥样硬化的重要危险因素，会加速动脉粥样硬化的进程，进而导致缺血性脑中风。据统计，有高血压病史的人发生脑中风的风险比无高血压病史的人高3~4倍。动脉粥样硬化：这是缺血性脑中风最常见的病因。动脉粥样硬化使动脉管壁增厚、变硬，失去弹性，管腔狭窄，血液黏稠度增加，血流缓慢，容易形成血栓，阻塞血管，导致脑组织缺血缺氧坏死。常见的发病动脉有颈内动脉、大脑中动脉、基底动脉等。
二、心脏病
心房颤动：心房颤动时，心房失去有效的收缩，血液在心房内淤积，容易形成血栓，当血栓脱落随血液循环进入脑血管时，就会阻塞脑血管，引发缺血性脑中风。有心房颤动的患者发生脑中风的风险比正常人高5倍左右。风湿性心脏病：风湿性心脏病患者的心脏瓣膜容易受损，导致血液流动异常，容易形成血栓，血栓脱落也可能堵塞脑血管，引起脑中风。此外，心肌梗死、心肌病等心脏疾病也会影响心脏的泵血功能或导致心腔内血栓形成，增加脑中风的发生风险。
三、血液成分和血流动力学改变
血液黏稠度增高：如高脂血症、高血糖症等，会使血液黏稠度增加，血流速度减慢，容易形成血栓。高脂血症患者血液中胆固醇、甘油三酯等脂质成分升高，血液变得黏稠；高血糖症时，血糖升高会使血液中葡萄糖含量增加，影响血液的流变学性质，促进血栓形成。血流动力学改变：血压突然大幅下降，如体位性低血压、长时间低血压休克等，会使脑血流量急剧减少，导致脑缺血，尤其是对于已有脑血管狭窄的患者，更容易诱发脑中风。此外，心力衰竭、心律失常等原因导致心输出量减少时，也会引起脑供血不足，增加脑中风的发生几率。