Mặc dù nó được coi là một cơn đau đầu, nhưng cơn đau nửa đầu thực sự là một phản ứng với những thay đổi về đường kính của các mạch máu ở mặt, đầu và cổ. Sự co thắt sau đó là sự giãn nở của các mạch này gây ra đau đầu (thường ở một bên), buồn nôn và có thể nôn mửa, nhạy cảm với ánh sáng. Hệ thống thần kinh được cấu tạo chủ yếu từ mô thần kinh, nhưng cũng bao gồm một số mạch máu và mô liên kết.