1. Neurowaskularna teoria

Teoria ta wynika z zakłóconego stosunku zmienności między systemem nerwowym a naczyniami krwionośnymi. Włókna piątego nerwu mózgowego ( Nervus trigeminus ) kończą się między innymi w większych naczyniach krwionośnych mózgu i skórach mózgu. Jeśli podrażnią sie ten nerw mechanicznie, elektrycznie lub chemicznie, może dojdą do uwolnienia związków zapalnych.
Związki te powodują nie tylko rozszerzenie naczyn arteriowych, lecz podwyższają również ich przepływowość. Plazma krwi może wtedy wejdą w kontakt. Dochodzi wtedy do pogrubienia i zapalenia tkanki mózgowej.
Impulsy bólu są przesyłane i powodują migrenę.

2. Teoria neurogenna

Teoria łączona jest dziś z teorią naczyniową i zakłada, że napad migreny "wywołuje się w mózgu sam". Ma to prawdopodobnie miejsce w podwzgórzu skąd przekazywany jest włóknami nerwowymi impuls wyzwalający zwężenie naczyń mózgowych. Bodziec ten może też zakłócać system kontroli bólu.

3. Teoria biochemiczna

Teoria biochemiczna jest uzupełnieniem powyższych teorii. "Bohaterką" tej teorii jest serotonina. Odgrywa ona m.in. rolę w utrzymaniu właściwego napięcia ścian naczyń tętniczych. W migrenie początkowo obserwuje się nadmierne uwalnianie serotoniny (w fazie skurczu naczyń), a potem spadek jej stężenia (rozszerzenie naczyń). Serotonina odgrywa też rolę w percepcji bólu.