Υπάρχουν πολλές πιθανές συνδέσεις μεταξύ σοβαρών πονοκεφάλων και ναυτίας. Μερικές φορές ο πονοκέφαλος από μόνος του προκαλεί τη ναυτία, ειδικά στην περίπτωση της ημικρανίας. Σε άλλες περιπτώσεις, μπορεί να είναι δύο ξεχωριστά συμπτώματα μιας κοινής διαταραχής ή πάθησης. Πολλοί ιοί και άλλες ασθένειες που επηρεάζουν το στομάχι μπορούν επίσης να προκαλέσουν πονοκεφάλους, και αυτή είναι μια από τις κύριες συνδέσεις.
Όταν οι περισσότεροι άνθρωποι περιγράφουν σοβαρό πονοκέφαλο και ναυτία σε άμεση σχέση μεταξύ τους, μιλούν για ημικρανίες και υπάρχει κάποια έρευνα για το πώς λειτουργεί αυτή η σύνδεση. Οι ημικρανίες προκαλούνται γενικά από ένα πρήξιμο στα αιμοφόρα αγγεία μέσα στον εγκέφαλο και αυτού του είδους το πρήξιμο φαίνεται να σχετίζεται με τα επίπεδα σεροτονίνης. Υπάρχει επίσης έρευνα που υποδηλώνει ότι τα μειωμένα επίπεδα σεροτονίνης μπορεί να κάνουν τους ανθρώπους να αισθάνονται ναυτία. Δεν υποφέρουν όλοι οι άνθρωποι που έχουν ημικρανίες με ναυτία, αλλά είναι πολύ συχνή. Μερικές φορές η ναυτία που σχετίζεται με την ημικρανία προκαλείται από την κίνηση και μερικές φορές δεν έχει καμία άμεση αιτία εκτός από την ίδια την ημικρανία.
Μια άλλη κοινή πάθηση όπου μπορεί να συνυπάρχουν έντονοι πονοκέφαλοι και ναυτία είναι το hangover. Πολλοί άνθρωποι που κάνουν χρήση αλκοόλ μπορεί να βιώσουν μια πολύ δυσάρεστη κατάσταση καθώς το αλκοόλ εξαφανίζεται. Αυτό γίνεται συνήθως αισθητό το επόμενο πρωί μετά το ξύπνημα. Έχει ορισμένα κοινά συμπτώματα με τις ημικρανίες, συμπεριλαμβανομένης της ευαισθησίας στο φως και τον ήχο, μαζί με έντονους πονοκεφάλους και ναυτία.
Υπάρχουν πολλοί ιοί και βακτηριακές λοιμώξεις που προκαλούν ταυτόχρονα έντονους πονοκεφάλους και ναυτία. Η γρίπη, για παράδειγμα, είναι γνωστό ότι προκαλεί και τα δύο συμπτώματα. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο ότι και τα δύο συμπτώματα είναι εκδηλώσεις του ανοσοποιητικού συστήματος που καταπολεμά μια ασθένεια. Όταν ένα άτομο μολυνθεί, μία από τις αντιδράσεις του ανοσοποιητικού συστήματος είναι συχνά ο πυρετός και οι πυρετοί μπορεί ενδεχομένως να προκαλέσουν πονοκέφαλο. Ένας άλλος τρόπος που έχει το σώμα για να αντιμετωπίσει τους ξένους εισβολείς είναι να διώχνει τα πράγματα μέσω εμετού και διάρροιας, έτσι ένα άτομο μπορεί επίσης να έχει ναυτία.
Τα άτομα που παρουσιάζουν σοβαρό πονοκέφαλο και ναυτία συνήθως αντιμετωπίζουν κάθε πάθηση ξεχωριστά. Τα περισσότερα φάρμακα που βοηθούν στον έλεγχο του πόνου του πονοκεφάλου δεν είναι ιδιαίτερα ωφέλιμα για προβλήματα ναυτίας και αντίστροφα. Μερικές φορές είναι δυνατό να επικεντρωθεί η θεραπεία στην υποκείμενη πάθηση και εάν αυτή η προσέγγιση είναι επιτυχής, τα συμπτώματα γενικά θα εξαφανιστούν επίσης. Μερικά κοινά φάρμακα που βοηθούν στον πονοκέφαλο είναι τα μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα (ΜΣΑΦ), η ακεταμινοφαίνη και τα ειδικά συνταγογραφούμενα φάρμακα. Οι θεραπείες για τη ναυτία ποικίλλουν σημαντικά ανάλογα με την υποκείμενη αιτία της πάθησης, αλλά θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν πράγματα όπως η υδροχλωρική προμεθαζίνη.