腦動脈硬化指的是腦部動脈血管硬化，但腦動脈硬化絕不是孤立的，它和全身動脈硬化相一致，有著密切的聯系。
動脈血管壁分為內、中、外三層。動脈粥樣硬化就是指動脈最里面的一層，即內膜上沉積了一些膽固醇類物質，看上去像稠粥一樣，形成許多高低不平的斑塊，向血管管腔內突出并向動脈中層發展，伴有纖維瘢痕組織增生，引起了血管壁增厚、變硬、管腔狹窄甚至閉塞。有時還可能破裂出血。這樣就會影響其所負責供血的組織和器官，造成嚴重后果。如發生在心臟，可引發心絞痛或心肌梗死;如病變侵及腦動脈血管時，就會引起急性缺血性或出血性腦血管病。
腦動脈阻塞后，其供血區缺血，超過一定時間后就發生腦梗死。腦梗死病灶是由缺血壞死的中心區和其周圍神經細胞尚存活但功能不全的缺血半影區組成。
缺血中心區如在有效時間內及時恢復血液供應，腦代謝障礙則可以恢復，神經細胞可以存活并可恢復功能;缺血半影區通過及時使腦血管再通(再灌流)及使用腦保護藥物也可挽救腦組織，但存在一個有效時間窗，超過這個時間窗后血管再通則會使腦損傷急劇加重。腦保護藥物的應用也存在時間窗問題，超過這個時限應用藥物，腦組織已發生不可逆性損害。而在該時間窗內進行藥物治療，可以減輕腦損害，改善神經功能及預后。