劇烈頭痛可分為兩個主要類別:功能性頭痛和器質性頭痛。功能性頭痛主要表現為血管神經性頭痛,也被稱為偏頭痛。其發生原因通常是由於顱內血管的收縮擴張功能受到障礙,或者是神經遞質5-羥色胺等分泌異常以及三叉神經功能紊亂等問題。此外,原發性三叉神經痛和枕神經痛也是原因尚不完全明確的劇烈頭痛。有時,這些痛苦可能是由周圍血管壓迫神經所引起的。
器質性頭痛是由器質性疾病引起的劇烈頭痛,其中最典型的是蛛網膜下腔出血和腦室出血。腦內實質性出血有時也會引起劇烈頭痛,但通常程度不如蛛網膜下腔出血。此外,中樞神經系統感染,如病毒性腦膜炎、結核性腦膜腦炎和化膿性腦膜炎,也可以引發劇烈頭痛。