При главоболие мозъкът не е това, което ни боли. Той всъщност няма рецептори за болка, подобно на останалите части на тялото. При повечето случаи на мигрена кръвоносните съдове са основната причина за болката
 
Според една от теориите серотонинът и останалите невротрансмитери водят до разширяване на кръвоносните съдове в главата. Вследствие на това се повишава притокът на кръв, разтягат се близко разположените нервни клетки, които изпращат сигнал за болка към мозъка. Това води до поява на главоболие заедно с гадене и повръщане
 
Мигрените обикновено засягат само едната част на главата, докато тензионното главоболие се усеща и от двете страни. То е следствие на напрежение в мускулите в областта на главата, а понякога и във врата. 
 
Важно е да се внимава с болкоуспокояващите медикаменти за облекчаване на главоболието, тъй като продължителната им употреба може да причини главоболие.