A tudósok még nem derítették ki, hogy mik a fejfájás okai. Régen azt hitték, hogy a véredények összehúzódása és tágulása okozza a migrénes fejfájást, és az izmok összehúzódása okozza a feszüléses fejfájást.
A fejben lévő véredények összehúzódásához kötötték a migrén előérzetét, a hányingert és a hányást is. A későbbi pihenése vagy tágulása a véredényeknek okozta utána a lüktető fájdalmat, amit a migrénhez kötnek.
Ezeknek a változásoknak még mindig nagy szerepet tulajdonítanak a fejfájásban, de egy sokkal komplikáltabb magyarázat kezd kibontakozni a nemrég végzett tudományos kutatások eredményei alapján. Sok szakértő most úgy gondolja, hogy a migrénnek és a feszüléses fejfájásnak is ugyanazon okai lehetnek az agyban.
Az agytörzs – az agy szerkezetei, amik a szemek és az orr mögött találhatók – tartalmazza az “anti-fájdalom” rendszert. Amikor ez a terület fájdalmasnak ismer fel egy idegi jelet, akkor egy erőteljes fájdalom-enyhítő hatással válaszol.
A fejfájás fájdalmáról azt gondolták, hogy a trigeminális ideggel kezdődik, ami az agytörzsben található. Mint a fejben a legnagyobb, ez az ideg vezeti az érzékszervi impulzusokat az arcból és az arcba. Amikor stimulálva van, talán egy bizonyos fejfájás kiváltó által, egy neurotranszmitterrobbanást indít (kémiai anyagok, amik impulzusokat adnak át az egyik idegből a másikba). Ez, válaszképpen, általában egy másik neurotranszmitter, a szerotonin, elengedéséhez vezet.
A szerotonin úgy viselkedik, mint egy szűrő, ami kiszűri a nem fontos jeleket – mint például a gyenge, ismétlődő vagy ismerős háttérzaj, mint a zene vagy más emberek beszélgetése – miközben olyan jeleket fogad be, amik figyelmet igényelnek, mint például a furcsa vagy alapvető hangok, mint a gyereksírás vagy a saját nevünk hívó szava. Minél több a szerotonin, annál nagyobb a rosta. A magas szerotonin szint összefüggésben van az alvással.
Átlagos körülmények között a fájdalom jelei a trigeminális idegből egyensúlyozva vannak a megnövekedett szerotonin szinttel. De azokban az emberekben, akik fejfájástól szenvednek, a szerotonin szint gyakran túl alacsony. Tudományos vizsgálatok kimutatták az egyértelmű kapcsolatot. Amikor olyan gyógyszert kaptak az alanyok, ami kiüríti a szerotonint, fejfájásuk lett. Hasonlóképpen, amikor szerotonint kaptak az alanyok, a fejfájásuk elmúlt.