(一)發病原因
CH的病因不明，傳統的觀點認為CH與血管功能障礙有關。
(二)發病機製
CH的發病機製尚未完全清楚，有以下幾種觀點可供參考：
1.血管源說 某些擴血管藥物，如硝酸甘油、組胺、乙醇等可誘發CH發作，而縮血管藥物，如麥角胺、去甲腎上腺等可使之緩解。有研究發現CH發作時痛側海綿竇段大腦中動脈管徑擴大，發作停止後變小。經顱多普勒檢查，CH發作時痛側大腦中動脈平均血流速度明顯高於對側，也高於緩解期，而痛側大腦前動脈流速低於對側。熱成像檢查發現痛側眶區散熱增加。有人發現CH叢集發作期眶上靜脈及海綿竇有炎性改變，導致眼靜脈回流障礙並激活疼痛神經纖維，引起眼痛、流淚、鼻塞、流涕等症狀。
2.神經源說 CH發作疼痛均發生在三叉神經第1、2支分布區，提示與三叉神經有關。可能三叉神經受到逆行性刺激，誘發P物質和其他血管活性肽釋放，引起血管擴張而頭痛。疼痛發作側的自主神經症狀，提示交感神經興奮性降低，副交感神經興奮性增高，說明自主神經功能障礙在CH發病中起一定作用。實驗發現眶上靜脈及海綿竇炎症可能損害交感神經纖維，引起自主神經症狀，因此，可以認為血管因素和神經因素在頭痛發作中可能共同起作用。CH發作有明顯周期性，有的像定時鍾一樣，每天幾乎在恒定的時間發作，因此有人提出CH可能存在中樞神經係統功能障礙，如源於下丘腦後部調節自主神經的神經元功能障礙，下丘腦前部，如視上核與生物鍾節律有關的神經功能紊亂。生物鍾受5-HT調節，某些治療CH的藥物可加強5-HT能神經傳導，提示有5-HT能神經的功能障礙。
3.組胺說 組胺是一種強血管擴張藥，部分CH患者血中組胺增高，皮下注射組胺可以誘發患者頭痛發作，CH的臨床症狀很像組胺反應，應用組胺脫敏治療對部分患者有效。此外，有人發現，CH患者痛側顳部皮膚肥大細胞增多，其活性增強，該細胞能合成和釋放某些血管活性物質，如組胺、5-HT等。據此提出CH發病與組胺有關，但確切機製，因果關係並不清楚。
