Pomimo lat badań, rzeczywisty mechanizm większości bólów głowy jest nadal trochę tajemnicą. Pierwotnie uważano, że są one spowodowane albo zwężeniem naczyń krwionośnych, albo napięciem mięśni twarzy i skóry głowy. Współczesne badania sugerują, że bóle głowy mogą być wywoływane przez niski poziom naturalnego środka przeciwbólowego zwanego serotoniną. Kiedy poziom serotoniny spada, zapalne neuroprzekaźniki na twarzy i skórze głowy wysyłają sygnały bólowe, które odbieramy jako bóle głowy. Po powrocie poziomu serotoniny do normy większość bólu ma tendencję do ustępowania.
Istnieje wiele wewnętrznych i zewnętrznych czynników wywołujących bóle głowy, od wrażliwości pokarmowej po depresję kliniczną. To, co może działać jako lekarstwo na jeden wyzwalacz, może wyrządzić więcej szkody niż pożytku drugiemu. Jeśli aktualna teoria dotycząca serotoniny/neuroprzekaźników jest prawdziwa, to wiele leków stosowanych do rozluźniania mięśni lub otwierania naczyń krwionośnych może nie być tak skutecznych, jak kiedyś sądzono.
Jedną z najczęstszych przyczyn bólów głowy jest stres emocjonalny lub depresja. Uczucia złości lub niepokoju mogą powodować napięcie mięśni twarzy i skóry głowy, co prowadzi do pełnego napięciowego bólu głowy. Bezsenność i depresja mogą również wywoływać ból głowy, co uwiarygodnia związek między poziomem serotoniny a podrażnieniem nerwu twarzowego. Niektórzy badacze sugerują, że emocje same w sobie nie wywołują bólów głowy, ale sprawiają, że osoba jest bardziej podatna na konflikt neuroprzekaźnik/serotonina. Stłumione emocje również wywołują więcej bólu niż wyrażany gniew lub niepokój.
Innymi powszechnymi wyzwalaczami są wrażliwość pokarmowa i chemiczna. Niektórzy mogą być zaznajomieni z pojęciem bólu głowy w chińskiej restauracji. Podstawową przyczyną bólu głowy po spożyciu chińskiej żywności jest wrażliwość na wzmacniacz smaku zwany glutaminianem sodu (MSG). W innych produktach spożywczych MSG może pojawić się na liście składników jako hydrolizowane białko roślinne.
Inne bóle głowy mogą być wywoływane przez pokarmy zawierające tyraminę, aminokwas, o którym wiadomo, że wpływa na poziom serotoniny w organizmie. Osoby cierpiące powinny unikać spożywania dużej ilości czekolady, śmietany, jogurtu, dojrzałych serów i podrobów. Inną substancją chemiczną, której należy unikać podczas walki z bólami głowy, jest konserwant zwany azotynami. Wiele konserw lub przetworzonych mięs zawiera znaczne ilości azotynów, które pomagają zachować świeżość mięsa i zapewniają zdrowy różowy kolor. Mechanizm wyzwalający azotyny może być taki sam jak glutaminian sodu, powodując ból w wyniku reakcji alergicznej.
Niektórzy cierpiący uważają, że kofeina jest zarówno wyzwalaczem, jak i lekarstwem. Z drugiej strony wiele leków na ból głowy zawiera kofeinę, aby przyspieszyć działanie leku przez układ pokarmowy i do krwiobiegu. Gdy lek dotrze do źródła bólu, kofeina stymuluje układ krążenia, zapewniając jeszcze szybsze rezultaty. Niestety kofeina może również powodować bóle głowy u osób wrażliwych, zwłaszcza przy wyższych dawkach. Nagłe załamanie po spożyciu kofeiny może również prowadzić do „kofeinowego bólu głowy”, formy odstawienia, którą łagodzi tylko czas lub więcej kofeiny.
Jednym z powszechnych wyzwalaczy jest spożywanie alkoholu. Niektóre czerwone wina zawierają tyraminę, która może wywoływać bóle głowy związane z nadwrażliwością pokarmową. Wszystkie formy alkoholu mogą powodować odwodnienie, które jest głównym czynnikiem wywołującym niesławny ból kacowy doświadczany rano po piciu. Niektórzy badacze uważają również, że alkohol powoduje rozszerzenie naczyń krwionośnych, co może wywoływać bóle głowy, gdy później próbują się skurczyć.
Inne wyzwalacze to olśnienie, złe warunki oświetleniowe, interakcje z lekami, zmęczenie oczu i wysiłek fizyczny. Problemy z zatokami nie są odpowiedzialne za znaczną liczbę bólów głowy, mimo że same jamy zatok są bardzo blisko neuroprzekaźników, które mogą być winowajcą. Samo zdiagnozowanie bólu głowy może być bardzo trudne, dlatego pomocna może okazać się wizyta u lekarza, alergologa lub laryngologa.