脑血栓形成主要是由于脑部血管内形成血栓，堵塞血管，导致局部脑组织缺血缺氧坏死。其中，动脉粥样硬化是最主要的原因，约70%的脑血栓患者由其引发。
一、血管壁病变导致
动脉粥样硬化：这是最常见的血管壁病变因素，多发生在管径500μm以上的动脉。动脉粥样硬化会使血管内膜受损，脂质沉积，形成斑块，逐渐导致血管狭窄甚至闭塞，从而引发脑血栓。例如，长期高血压、高血脂、高血糖等因素会加速动脉粥样硬化的进程。动脉炎：某些感染（如细菌、病毒、螺旋体等感染）可引起动脉炎，使血管壁受损、管腔狭窄，进而形成血栓。像结核性动脉炎、系统性红斑狼疮引起的动脉炎等都可能导致脑血栓形成。
二、血液成分改变相关
血液黏稠度增高： 红细胞增多症患者体内红细胞数量异常增多，会使血液黏稠度大幅升高，血流速度减慢，容易形成血栓。比如真性红细胞增多症患者，血液处于高凝状态，增加了脑血栓形成的风险。凝血机制异常： 某些疾病或情况会导致人体凝血机制发生改变，使血液更容易凝固形成血栓。例如，口服避孕药的女性，由于避孕药影响了凝血因子的水平，可能使血液处于高凝状态，增加脑血栓发生几率；还有一些患有遗传性易栓症的人，体内存在凝血相关基因的缺陷，也容易出现血栓形成。
三、血流动力学改变方面
血压波动： 血压过低时，脑部血流灌注不足，血流速度减慢，血液中的有形成分容易在血管壁沉积，形成血栓。而血压突然升高时，可能会导致原本脆弱的血管破裂出血，或者使血管内皮损伤，促进血栓形成。例如，老年人夜间睡眠时血压相对较低，若同时伴有血容量不足等情况，就较易发生脑血栓。血流缓慢： 长期卧床的患者，血流速度明显减慢，血液在血管内停滞，容易形成血栓。另外，心脏功能不全的患者，心输出量减少，也会使脑部血流灌注不足，血流缓慢，增加脑血栓形成的可能性。