一、腦中風
腦中風與偏頭痛的有密切的雙重關係，一是偏頭痛患者得到中風的比例，一是腦中風的頭痛症狀。
偏頭痛與中風：
研究統計發現，偏頭痛（特別是有預兆者）的患者得到中風的機會是一般人的3倍！另外相當重要的是偏頭痛患者，服用口服避孕藥會增加到 5-17 倍的中風的危險機率。更可怕的是，若有偏頭痛且抽煙加上吃避孕藥，則中風危險將高達 34 倍！
由於偏頭痛的預兆主要是因為大腦皮質的血流局部突然升高，而其他大部份區域則全面持續降低，這時當偏頭痛發生的前後，腦中血流急速變化將極可能產生腦中風。
腦中風產生之頭痛：
不管是腦溢血（血管破裂）或是腦梗塞都會造成頭痛，出血造成頭痛的機會很高，可高達 60% 。然而後腦循環梗塞又比前腦梗塞的病人造成頭痛的機會高。
眼睛血管也會中風，發生阻塞導致眼部缺血缺氧，因而引起眼部疼痛、眼內慢性發炎反應及視覺減退。眼部病變可以是頭痛的致因。
另外，最要命的蜘蛛網膜下腔出血，產生的頭痛將是又快又嚴重，因為血塊直接刺激腦膜，病患除了痛，還會頸部僵硬。另外依照一般醫學臨床經驗及研究報告指出，單純的頭痛一般應該不是中風的前兆，除非同時伴隨其他的症狀如肢體無力或麻痺等，所以頭痛的患者並不用整天擔心是否會中風！
二、腦腫瘤
由於大腦本身並沒有疼痛敏感的組織，只有當腦瘤長大壓迫到疼痛敏感的組織，或腦壓上升的時候，才會產生頭痛。所以一般來說，頭痛都不是腦瘤造成的，但是如果不幸得了腦瘤，則一定會有頭痛的症狀。腫瘤越大，頭痛的機會越高。這類頭痛的表現常覺得緊緊的、鈍鈍的痛，患者常常在半夜睡夢中發痛、嘔吐，或是因為咳嗽、用力而產生頭痛。通常是痛在腫瘤的那一邊。症狀上常因為低頭而加劇痛的情形，大概 40% 的病人會伴隨噁心、嘔吐。
三、腦膜炎
腦膜炎是腦部的腦膜及脊椎周圍的脊髓液被感染並產生發炎症狀時，我們稱為腦膜炎， 大多是由病毒或細菌感染所引起。病毒腦膜炎最常在腮腺炎後發生， 但並非嚴重疾病。細菌性腦膜炎比較嚴重，但是如果能及早診斷，可以用抗生素成功的處理。
腦膜炎的表現除了頭痛外，可能有神智改變，抽筋、發燒、脖子僵硬或其他神經上的異常。其他的發燒、發炎也可能會引起頭痛。若不及早施予治療，常會引起局部或廣泛的神經性後遺症，例如長期臥床、運動失調、記憶力喪失、耳聾、盲目、語言障礙、腦部損壞等，造成病人家屬的終生遺憾。