為了更好地理解CVST的臨床癥狀和體征，首先應該區分兩種不同的病理生理機制。即腦靜脈血栓——由靜脈梗阻所產生的局灶性癥狀；腦靜脈竇血栓——由靜脈竇血栓導致顱內高壓。在大多數患者中，這兩種病理生理過程常同時存在。腦靜脈的閉塞產生局部腦水腫和靜脈型梗死。病理檢查可發現擴大、腫脹的靜脈，水腫（包括細胞毒性水腫和血管源性水腫），缺血性神經元損害和點狀出血。而后者可融合成大的血腫被CT檢測到。橫竇乙狀竇血栓形成可導致靜脈壓升高，從而影響了腦脊液的吸收而產生顱內高壓。因為影響的是腦脊液循環的最后通路，蛛網膜下腔和腦室之間沒有壓力梯度，所以腦室并不擴張，也不會導致所有的患者都出現腦積水。