神经性头痛的发病原因目前还没有定论，有两种说法比较成熟：
(l)肌肉收缩与疼痛：长期以来，一直认为头颅肌肉和颈部肌肉的收缩是头痛产生的原因。目前普遍认为肌肉收缩是头痛的后果，而不是头痛的原因。长期的情绪紊乱引起的头颅肌肉处于收缩状态，是产生紧张性头痛可信赖的假说。肌肉持续性收缩，肌肉出现触痛和疼痛。其因可能为压迫肌肉内的小动脉，使其继发性缺血所致。
(2)血管因素：给予血管扩张剂，如亚硝酸异戊酯、乙醇、烟酸等，可使实验性头痛减轻，说明紧张性头痛与肌肉内血管收缩有关。但另有些人发现，亚硝酸异成酯可使40％的紧张性头痛患者的症状加重。静脉注射组织胺可使50％的紧张性头痛患者产生搏动性头痛。
