叢集性頭痛病因尚不明，一般認為是顱內、顱外血管擴張所致。Horton氏認為此種類型頭痛與組織胺關系密切，它曾對此病患者在間歇期內皮下注射組織胺試驗表明，60%的患者可誘發頭痛發作，并且血中組織胺之增高和消退均非常迅速，提示與急劇頭痛發作有關。

　　叢集性頭痛發病機制，CH的發病機制尚未完全清楚有以下幾種觀點可供參考：

　　1、血管源說某些擴血管藥物如硝酸甘油組胺、乙醇等可誘發CH發作，而縮血管藥物如麥角胺、去甲腎上腺等可使之緩解。有研究發現CH發作時痛側海綿竇段大腦中動脈管徑擴大發作停止后變小。經顱多普勒檢查CH發作時痛側大腦中動脈平均血流速度明顯高于對側也高于緩解期，而痛側大腦前動脈流速低于對側熱成像檢查發現痛側眶區散熱增加。有人發現CH叢集發作期眶上靜脈及海綿竇有炎性改變導致眼靜脈回流障礙并激活疼痛神經纖維引起眼痛、流淚、鼻塞流涕等癥狀。

　　2、神經源說CH發作疼痛均發生在三叉神經第1、2支分布區，提示與三叉神經有關。可能三叉神經受到逆行性刺激誘發P物質和其他血管活性肽釋放，引起血管擴張而頭痛。疼痛發作側的自主神經癥狀提示交感神經興奮性降低副交感神經興奮性增高，說明自主神經功能障礙在CH發病中起一定作用實驗發現眶上靜脈及海綿竇炎癥可能損害交感神經纖維，引起自主神經癥狀因此可以認為血管因素和神經因素在頭痛發作中可能共同起作用。CH發作有明顯周期性有的像定時鐘一樣每天幾乎。在恒定的時間發作因此有人提出CH可能存在中樞神經系統功能障礙。如源于下丘腦后部調節自主神經的神經元功能障礙，下丘腦前部如視上核與生物鐘節律有關的神經功能紊亂。生物鐘受5-HT調節某些治療CH的藥物可加強5-HT能神經傳導，提示有5-HT能神經的功能障礙。

　　3、組胺說組胺是一種強血管擴張藥，部分CH患者血中組胺增高，皮下注射組胺可以誘發患者頭痛發作，CH的臨床癥狀很像組胺反應，應用組胺脫敏治療對部分患者有效此外有人發現，CH患者痛側顳部皮膚肥大細胞增多其活性增強該細胞能合成和釋放某些血管活性物質，如組胺5-HT等。據此提出CH發病與組胺有關但確切機制，因果關系并不清楚。

　　叢集性頭痛主要見于男性病人，多在30-60歲發病。病因不明確。一般認為是顱內、外血管擴張所致，也有人認為是血管對組織胺過敏，故又名組織胺頭痛。是一種單側性，突發性劇烈頭痛。

　　叢集性頭痛發作十分規律。每天復發，連續數周致數月，大致在同一時間發作，以午睡及凌晨發作最常見，可使病人在睡眠中痛醒，而且影響相同部位。間隔數月或數年后又再復發。表現為突發一側眼球后牽拉或壓迫感在數命名內迅速發展為眼眶四周劇烈疼痛，常向額頸或上頜擴散，也可擴散到頂枕和頸部。伴面部潮紅、多汗、鼻塞流淚，上瞼下垂及瞳孔縮小，頸動脈怒張。病人往往煩躁，坐臥不安，用手捶打頭部或用頭碰墻。可有上腹不適及惡心、嘔吐，一次頭痛持續半小時到2小時后迅速消失。很少遺留疲乏及嗜睡。此型頭痛可因飲酒或注射組織胺誘發。