1、血管病变：最重要而常见的血管病变是动脉粥样硬化，其次是高血压病伴发的脑小动脉硬化。其他还有血管发育异常，如先天性动脉瘤和脑血管畸形；脉管炎，如感染性风湿热、结核并钩端螺旋体并梅毒等所致的动脉内膜炎；一些非感染性的脉管炎，如血栓闭塞性脉管炎、结节性多动脉炎，动脉壁创伤如损伤、手术、导管、穿刺等；少见的主动脉、颈动脉的夹层动脉瘤等。

2、血液成分的改变：血管病变处的内膜粗糙，使血液中的血小板易于附着、积聚以及释放更多的五羟色胺等化中物质。血液成分中脂蛋白、胆固醇、纤维蛋白原含量的增加、可使血液粘度增加，致血流速度减慢。此外还有血液病如白血并红细胞增多症和各种影响血凝固性增高的因素，均使脑血栓形成易于发生。

3、血液动力学改变：脑血流量的调节，受到多种因素的影响。血压的改变是影响脑局部血量的重要因素，当平均动脉压低于9.5千帕（71毫米汞柱）和高于24千帕（180毫米汞柱）时，由于血管本身存在的病变，管腔狭窄、自动调节功能失效，局部脑组织的供血即可发生障碍。

4、其它：另外，有人对脑血栓形成的病人，通过与其他疾病患者配比对照，采集年龄、性别、民族、婚姻状况、吸烟、饮酒、饮食、精神刺激、体育锻炼、体重、血压、血糖、心电图、血清胆固醇等30多个成分进行网归分析，发现高血压病史、心电图异常、心脏并糖尿并高脂血、高血压家族史、超重和喜食肥肉等与脑血栓形成的发病有关，其顺序为高血压病史、收缩压、体重指数和高密度脂蛋白减少，是影响脑血栓形成的主要因素。