Οι διαταραχές κεφαλαλγίας είναι κοινές, με σχεδόν το 50% των ενηλίκων να βιώνουν τουλάχιστον έναν πονοκέφαλο ετησίως. Παρά την υψηλή συχνότητα εμφάνισης, ο ακριβής μηχανισμός που προκαλεί τους πονοκεφάλους παραμένει περίπλοκος και συνεχώς εξελισσόμενος στην έρευνα. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι πονοκέφαλοι οφείλονται σε έναν συνδυασμό νευρολογικών, γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων.
Οι κύριοι τύποι διαταραχών κεφαλαλγίας είναι η ημικρανία, οι πονοκέφαλοι έντασης και οι αθροιστικές κεφαλαλγίες. Η ημικρανία συχνά συνδέεται με το τρίδυμο νεύρο, το οποίο στέλνει σήματα πόνου στον εγκέφαλο και προκαλεί φλεγμονή. Αυτή η φλεγμονή καθιστά τον εγκέφαλο πιο ευαίσθητο στον πόνο, ενώ εξωτερικά ερεθίσματα όπως το φως ή ο θόρυβος μπορεί να επιδεινώσουν τον πόνο.
Οι πονοκέφαλοι έντασης προκαλούνται συνήθως από τη συστολή των μυών του τριχωτού της κεφαλής, του λαιμού και των ώμων, δημιουργώντας ένταση και δυσκαμψία. Οι αθροιστικοί πονοκέφαλοι σχετίζονται με δυσλειτουργία του υποθαλάμου του εγκεφάλου ή με την απελευθέρωση ισταμίνης, η οποία προκαλεί φλεγμονή.
Η κληρονομικότητα παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των πονοκεφάλων, με άτομα που έχουν οικογενειακό ιστορικό να είναι πιο επιρρεπή. Επίσης, οι γυναίκες και οι ενήλικες ηλικίας 20-40 ετών είναι πιο πιθανό να εμφανίσουν πονοκεφάλους. Παράγοντες κινδύνου περιλαμβάνουν το άγχος, την έλλειψη ύπνου και την κακή διατροφή.