血管病變 最重要而常見的血管病變是動脈粥樣硬化，其次是高血壓病伴發的腦小動脈硬化。其他還有血管發育異常，如先天性動脈瘤和腦血管畸形;脈管炎，如感染性風溼熱、結核病、鉤端螺旋體病、梅毒等所致的動脈內膜炎;一些非感染性的脈管炎，如血栓閉塞性脈管炎、結節性多動脈炎，動脈壁創傷如損傷、手術、導管、穿刺等;少見的主動脈、頸動脈的夾層動脈瘤等。
血液成分的改變 血管病變處的內膜粗糙，使血液中的血小板易於附着、積聚以及釋放更多的5-羥色胺等化學物質。血液成分中脂蛋白、膽固醇、纖維蛋白原含量的增加，可使血液黏度增加，致使血流速度減慢。此外還有血液病如白血病、紅細胞增多症和各種影響血凝固性增高的因素，均使腦血栓形成易於發生。
血液動力學改變 腦血流量的調節，受到多種因素的影響。血壓的改變是影響腦局部血量的重要因素，當平均動脈壓低於9.5KPa（71mmHg）和高於24KPa（180mmHg）時，由於血管本身存在的病變，管腔狹窄、自動調節功能失效，局部腦組織的供血即可發生障礙。
另外，有人對腦血栓形成的病人，通過與其他疾病患者配比對照，採集年齡、性別、民族、婚姻狀況、吸菸、飲酒、飲食、精神刺激、體育鍛煉、體重、血壓、血糖、心電圖、血清膽固醇等30多個成分進行迴歸分析，發現高血壓病史、心電圖異常、心臟病、糖尿病、高脂血症、高血壓家族史、超重和喜食肥肉等與腦血栓形成的發病有關，其順序爲高血壓病史、收縮壓升高、體重指數和高密度脂蛋白減少，是影響腦血栓形成的主要因素。體育鍛煉可減少腦血栓形成的發生。
