由于腦血栓形成的病因基礎主要為動脈粥樣硬化，因而產生動脈粥樣硬化的因素是發生腦梗死最常見的病因。近期在全球范圍內進行的INTERSTROKE研究結果顯示：腦梗死風險中的90%可歸咎于10個簡單的危險因素，它們依次是高血壓病、吸煙、腰臀比過大、飲食不當、缺乏體育鍛煉、糖尿病、過量飲酒、過度的精神壓力及抑郁、有基礎心臟疾病和高脂血癥。需要指出的是，以上大多數危險因素都是可控的。本病具體的病因及其作用機制如下所述。
血管壁本身的病變
最常見的是動脈粥樣硬化，且常常伴有高血壓、糖尿病、高脂血癥等危險因素。其可導致各處腦動脈狹窄或閉塞性病變，但以大中型管徑（≥500μm）的動脈受累為主，國人的顱內動脈病變較顱外動脈病變更多見。其次為腦動脈壁炎癥，如結核、梅毒、結締組織病等。此外，先天性血管畸形、血管壁發育不良等也可引起腦梗死。由于動脈粥樣硬化好發于大血管的分叉處和彎曲處，故腦血栓形成的好發部位為頸動脈的起始部和虹吸部、大腦中動脈起始部、椎動脈及基底動脈中下段等。當這些部位的血管內膜上的斑塊破裂后，血小板和纖維素等血液中有形成分隨后黏附、聚集、沉積形成血栓，而血栓脫落形成栓子可阻塞遠端動脈導致腦梗死。腦動脈斑塊也可造成管腔本身的明顯狹窄或閉塞，引起灌注區域內的血液壓力下降、血流速度減慢和血液黏度增加，進而產生局部腦區域供血減少或促進局部血栓形成出現腦梗死癥狀。 [1]
血液成分改變
真性紅細胞增多癥、高黏血癥、高纖維蛋白原血癥、血小板增多癥、口服避孕藥等均可致血栓形成。少數病例可有高水平的抗磷脂抗體、蛋白C、蛋白S或抗血栓Ⅲ缺乏伴發的高凝狀態等。這些因素也可以造成腦動脈內的栓塞事件發生或原位腦動脈血栓形成。
其他
藥源性、外傷所致腦動脈夾層及極少數不明原因者。