Η μήνιγγα είναι το ισχυρό, εύκαμπτο κάλυμμα του νωτιαίου μυελού μέσα στα οστά της σπονδυλικής στήλης. Ορισμένες ιατρικές διαδικασίες απαιτούν μια βελόνα για να τρυπήσει τη σκληρά μήνιγγα και άλλες ιατρικές τεχνικές μπορεί να τρυπήσουν κατά λάθος τη μήνιγγα. Καθώς η μήνιγγα περιέχει το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ΕΝΥ) που λούζει και προστατεύει τα νεύρα στο εσωτερικό της σπονδυλικής στήλης και του εγκεφάλου, η βλάβη της μπορεί να προκαλέσει διαρροή ΕΝΥ. Μπορεί να προκληθεί πονοκέφαλος εάν η διαρροή μειώσει την πίεση στο εσωτερικό της σκληράς μήνιγγας και αυτός ο πονοκέφαλος μετά τη διάτρηση μπορεί να διαρκέσει για εβδομάδες και να προκαλέσει δυσφορία και πόνο κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Οι διαδικασίες που έχουν πιθανότητα κεφαλαλγίας μετά τη σκληροπυρηνική παρακέντηση περιλαμβάνουν επισκληρίδια για εργάτριες γυναίκες και οσφυονωτιαία παρακέντηση για λόγους εξέτασης.
Μια ανθρώπινη σπονδυλική στήλη αποτελείται από οστικές δομές που είναι κοίλες στο εσωτερικό. Τα νεύρα διατρέχουν τις κοιλότητες των οστών και αυτά τα νεύρα περιβάλλονται και προστατεύονται από το ΕΝΥ. Έξω από τα νεύρα βρίσκεται η στιβάδα της μήνιγγας, η οποία αποτελείται από ισχυρές ίνες συνδετικού ιστού. Φυσιολογικά, η σκληρή μήνιγγα παραμένει ανέπαφη, εκτός εάν έχει υποστεί βλάβη από τραυματισμό ή με την εισαγωγή βελόνων της σπονδυλικής στήλης.
Ορισμένες ιατρικές εξετάσεις περιλαμβάνουν τη χρήση βελόνων για να φτάσουν στην εσωτερική περιοχή της σπονδυλικής στήλης. Για τοκετούς που υποβάλλονται σε επισκληρίδιο, η βελόνα υποτίθεται ότι εισέρχεται στον επισκληρίδιο χώρο γύρω από τη μήνιγγα και όχι στη μήνιγγα. Άτομα που χρειάζονται αναισθητικό για ιατρικές επεμβάσεις ή για διαχείριση του πόνου, μπορεί επίσης να λάβουν ενέσεις στη σπονδυλική στήλη. Ορισμένες περιπτώσεις, όπως εκείνα τα άτομα που μπορεί να πάσχουν από μηνιγγίτιδα, απαιτούν σκόπιμη παρακέντηση της σκληράς μήνιγγας, ώστε ο γιατρός να μπορεί να αφαιρέσει δείγμα ΕΝΥ για να ελέγξει για μόλυνση.
Είτε η μήνιγγα τρυπιέται σκόπιμα είτε τυχαία, η κεφαλαλγία μετά τη σκληροπυρηνική παρακέντηση έχει σχετικά υψηλή τάση να εμφανίζεται ως παρενέργεια. Όταν οι τεχνικές σπονδυλικής ένεσης χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά στα τέλη του 19ου αιώνα, οι πονοκέφαλοι μετά τη σκληροπυρηνική παρακέντηση ήταν πολύ συνηθισμένοι. Καθώς οι βελόνες έγιναν μικρότερες και κατασκευάζονταν από σχέδια που ήταν λιγότερο πιθανό να προκαλέσουν τυχαία ζημιά, ο κίνδυνος των πονοκεφάλων έπεσε. Στους ασθενείς, ο υψηλότερος κίνδυνος υπάρχει για τα άτομα που υποβάλλονται σε σκόπιμη παρακέντηση της σκληράς μήνιγγας, ακολουθούμενα από τις γυναίκες που λαμβάνουν επισκληρίδιο. Ο κίνδυνος για τα άτομα που λαμβάνουν αναισθησία στην περιοχή της σπονδυλικής στήλης τείνει να είναι πολύ χαμηλότερος από τις άλλες επεμβάσεις.
Από το 2011, ο ακριβής τρόπος με τον οποίο μια παρακέντηση σκληράς μήνιγγας προκαλεί πονοκέφαλο μετά τη σκληροπυρηνική παρακέντηση δεν είναι γνωστός. Η μείωση της πίεσης του ΕΝΥ φαίνεται να είναι μια αιτία, αλλά οι λόγοι για τον πόνο στο κεφάλι δεν είναι σαφείς. Μια πιθανότητα είναι η μείωση της φυσικής υποστήριξης των εγκεφαλικών δομών, η οποία μπορεί να παράγει σήματα πόνου όταν δεν υποστηρίζεται κανονικά. Εναλλακτικά, η μείωση της πίεσης του ΕΝΥ έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της διαμέτρου των αιμοφόρων αγγείων, η οποία είναι επίσης ικανή να προκαλέσει πόνο στο κεφάλι.