造成脑缺血的病因是复杂的，归纳起来有以下几类：
1.脑动脉狭窄或闭塞
大脑由两侧颈内动脉和椎动脉供血，两侧颈内动脉供血占脑的总供血量的80％～90％，椎动脉占10％～20％，当其中一条动脉发生足以影响血流量的狭窄或闭塞时，若是侧支循环良好，可以不发生临床缺血症状，如果侧支循环不良，或有多条动脉发生足以影响血流量的狭窄时，则会使局部或全脑的脑血流(CBF)减少，当CBF减少到发生脑缺血的临界水平[18～20ml/(100g·min)]以下时，就会产生脑缺血症状。
轻度的动脉狭窄不至于影响其血流量，一般认为必须缩窄至原有管腔横断面积的80％以上才足以使血流量减少，从脑血管造影片上无法测出其横断面积，只能测量其内径，动脉内径狭窄超过其原有管径的50％时，相当于管腔面积缩窄75％，即可认为是足以影响血流量的狭窄程度，也就是具有外科意义的狭窄。
多条脑动脉狭窄或闭塞对脑血流的影响更大，因为可能使全脑血流处于缺血的边缘状态[CBF为31ml/(100g·min)]，此时如有全身性血压波动，即可引发脑缺血，造成脑动脉狭窄或闭塞的主要原因是动脉粥样硬化，而且绝大多数(93％)累及颅外段大动脉和颅内的中等动脉，其中以颈动脉和椎动脉起始部受累的机会最多，而动脉硬化则多累及脑内小动脉。
2.脑动脉栓塞
动脉粥样硬化斑块除可造成动脉管腔狭窄以外，在斑块上的溃疡面上常附有血小板凝块，附壁血栓和胆固醇碎片，这些附着物被血流冲刷脱落后形成栓子，被血流带入颅内动脉，堵塞远侧动脉造成脑栓塞，使供血区缺血。
最常见的栓子来源是颈内动脉起始部的动脉粥样硬化斑块，被认为是引起短暂性脑缺血发作TIA最常见的原因，栓子可很快分裂成碎片后溶解，或向远侧动脉移动，颈内动脉内的栓子有大多数(3/4)随血液的主流进入大脑中动脉，引起相应的临床症状。