正常人體血液呈流態，血液中的有形成分能通過變形順利通過微循環，如果血液內成分如紅細胞聚集，形成緡線物，也容易阻塞血管。人體血液循環中某些異物隨血液流動，如來源于心臟的栓子、上述血凝塊、動脈粥樣硬化脫落的斑塊、脂肪細胞及氣泡等稱為栓子，栓子進入腦循環，絕大多數（73%-85%）栓子進入頸內動脈系統，因大腦中動脈實際上是頸內動脈的直接延伸，大腦中動脈及其分支容易受累，左側大腦是優勢半球，血液供應更豐富，所以左側大腦中動脈最易受累。椎-基底動脈的栓塞僅占10%左右，大腦前動脈栓塞幾乎沒有，大腦后動脈也少見。一般栓子脫落容易阻塞腦血管是因為腦部的血液供應非常豐富，腦重占體重的2%。而在正常氧分壓和葡萄糖含量下，有心臟總輸出量20%的血液進入腦血液循環。腦的血液來自兩側的頸動脈和椎-基底動脈系統。頸動脈系統主要通過頸內動脈、大腦中動脈和大腦前動脈供應大腦半球前3/5部分的血液。椎-基底動脈系統主要通過兩側的椎動脈、基底動脈、小腦上動脈、小腦前下及后下動脈和大腦后動脈供應大腦半球后2/5部分的血液。當栓子阻塞腦血管后，引起局部腦組織發生缺血、缺氧，腦組織軟化、壞死。栓子停留一段時間后可溶解，破碎并向遠端移位，原阻塞的血管恢復血流，因受損的血管壁通透性增高，可有大量紅細胞滲出血管，使原來缺血區有血液滲出，形成出血性腦梗死。腦組織容易引起缺血后壞死，是因為腦代謝活動特別旺盛，對能量要求最高，而腦組織幾乎無氧及葡萄糖儲備，能量完全由循環血流連續供應。供應腦組織的血液由兩大系統通過兩側大腦前動脈由前交通動脈互相溝通，大腦中動脈和大腦后動脈由后交通動脈互相溝通，在腦底形成腦底動脈環（Willis環）。此動脈環對頸動脈與椎-基底動脈兩大供血系統之間，特別是兩側大腦半球血液供應的調節和平衡及病態時對側枝循環的形成極為重要，如果血栓逐漸形成，側枝循環容易建立。腦栓塞時由于栓子突然阻塞動脈，側枝循環常難迅速建立，引起該動脈供血區產生急性腦缺血，當栓塞腦血管局部受機械刺激時，可引起程度不同的腦血管痙攣，所以起病時腦缺血的范圍較廣，癥狀多較嚴重。因此出現的臨床癥狀不僅與栓塞部位有關，而且與血管痙攣的范圍有關。當血管痙攣減輕、栓子碎裂、溶解，移向動脈遠端，以及側枝循環建立后，均可導致腦缺血范圍縮小，癥狀減輕。