Opona jest mocną, elastyczną osłoną rdzenia kręgowego wewnątrz kości kręgosłupa. Niektóre procedury medyczne wymagają igły do nakłucia opony twardej, a inne techniki medyczne mogą przypadkowo przebić oponę. Ponieważ opona zawiera płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF), który kąpie się i chroni nerwy wewnątrz kręgosłupa i mózgu, jego uszkodzenie może spowodować wyciek płynu mózgowo-rdzeniowego. Ból głowy może wystąpić, jeśli wyciek obniży ciśnienie wewnątrz opony twardej, a ten ból głowy po nakłuciu może trwać tygodniami i powodować dyskomfort i ból w tym czasie. Procedury, które niosą ze sobą ryzyko wystąpienia bólu głowy po punkcji, obejmują znieczulenie zewnątrzoponowe u rodzących kobiet i nakłucie lędźwiowe z powodów testowych.
Kręgosłup człowieka składa się ze struktur kostnych, które są wydrążone w środku. Nerwy przebiegają przez zagłębienia kości, a nerwy te są otoczone i chronione przez płyn mózgowo-rdzeniowy. Na zewnątrz nerwów znajduje się warstwa opony twardej, która składa się z mocnych włókien tkanki łącznej. Zwykle opona twarda pozostaje nienaruszona, chyba że zostanie uszkodzona przez uraz lub wprowadzenie igieł do kręgosłupa.
Niektóre testy medyczne wymagają użycia igieł w celu dotarcia do wnętrza kręgosłupa. W przypadku rodzących kobiet poddawanych znieczuleniu, igła powinna dostać się do przestrzeni zewnątrzoponowej wokół opony, a nie do opony. Osoby, które wymagają znieczulenia do procedur medycznych lub leczenia bólu, mogą również otrzymać zastrzyki do kręgosłupa. Niektóre przypadki, takie jak osoby, które mogą cierpieć na zapalenie opon mózgowych, wymagają celowego nakłucia opony twardej, aby lekarz mógł pobrać próbkę płynu mózgowo-rdzeniowego w celu sprawdzenia infekcji.
Niezależnie od tego, czy opona twarda jest nakłuwana celowo, czy przypadkowo, ból głowy po nakłuciu opony twardej ma stosunkowo dużą tendencję do występowania jako efekt uboczny. Kiedy pod koniec XIX wieku po raz pierwszy zastosowano techniki iniekcji do kręgosłupa, bóle głowy po nakłuciu opony twardej były bardzo powszechne. Ponieważ igły stały się mniejsze i zostały wykonane z wzorów, które były mniej podatne na przypadkowe uszkodzenie, ryzyko bólów głowy spadło. U pacjentów największe ryzyko występuje u osób poddawanych celowemu nakłuciu opony twardej, a następnie u kobiet otrzymujących znieczulenie zewnątrzoponowe. Ryzyko dla osób otrzymujących znieczulenie w okolicy kręgosłupa jest zwykle znacznie niższe niż w przypadku innych procedur.
Od 2011 r. dokładny sposób, w jaki nakłucie opony twardej wywołuje ból głowy po nakłuciu, nie jest znany. Wydaje się, że przyczyną jest zmniejszenie ciśnienia w CSF, ale przyczyny bólu głowy nie są jasne. Jedną z możliwości jest zmniejszenie fizycznego wsparcia struktur mózgowych, które mogą generować sygnały bólu, gdy nie są normalnie wspierane. Alternatywnie, obniżenie ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego powoduje wzrost średnicy naczynia krwionośnego, co może również powodować ból głowy.