Οι ημικρανίες αρχίζουν συνήθως από υπερδιέγερση περιοχών του εγκεφαλικού στελέχους (α). Τα άκρα του τρίδυμου νεύρου (β, γ) απελευθερώνουν τότε πολλά νευροπεπτίδια (γ), που οδηγούν σε φλεγμονή των αιμοφόρων αγγείων της σκληρής μεμβράνης που καλύπτει το εσωτερικό της κρανιακής κοιλότητας. Με τη σειρά της, η φλεγμονή διεγείρει το τρίδυμο νεύρο, που ερεθίζει τα κέντρα πόνου στο εγκεφαλικό στέλεχος, με αποτέλεσμα παλλόμενους πονοκεφάλους

Σε πολλούς ασθενείς οι ημικρανίες προαναγγέλλουν τον ερχομό τους με διάφορες παράξενες οπτικές ψευδαισθήσεις, όπως τεθλασμένες γραμμές, τυφλές περιοχές στο οπτικό πεδίο ή περιοχές που φαίνονται σα να φωτίζονται έντονα. Συνήθως, ο ερχομός της ημικρανίας συνοδεύεται από απότομη αλλαγή της διάθεσης, διαταραχές του λόγου ακόμα και παροδική παράλυση. Μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν ότι οι ημικρανίες δεν έχουν άλλες επιπτώσεις πέρα από τον πόνο. Περσινή μελέτη απέδειξε ότι οι γυναίκες που βλέπουν «αύρες» πριν από τις ημικρανίες έχουν διπλάσιο κίνδυνο εγκεφαλικού επεισοδίου, καρδιακής προσβολής και θανάτου από καρδιοαγγειακές παθήσεις.

Η παλιά θεωρία ήταν ότι οι ημικρανίες οφείλονται στη συστολή και διαστολή των αιμοφόρων αγγείων μέσα στον εγκέφαλο. Η νέα θεωρία υποδείχνει ως κύρια αιτία ορισμένα νεύρα στην περιοχή του εγκεφάλου. Σύμφωνα με αυτή, οι ημικρανίες αρχίζουν να εμφανίζονται όταν υπερδιεγείρονται τα τρίδυμα νεύρα που ξεκινούν από το εγκεφαλικό στέλεχος (το κατώτερο τμήμα του εγκεφάλου που τον συνδέει με το νωτιαίο μυελό). Τα νεύρα αυτά σχετίζονται με τη μεταφορά των ερεθισμάτων από την περιοχή του προσώπου και του υπόλοιπου κεφαλιού, ενώ ορισμένα τροφοδοτούν με ερεθίσματα το μυϊκό σύστημα του προσώπου. Οταν υπερδιεγερθούν οι απολήξεις των τρίδυμων νεύρων, εξαιτίας γενετικών ή περιβαλλοντικών παραγόντων ή και των δύο, απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες νευροπεπτιδίων, χημικών ουσιών που προκαλούν φλεγμονή των παρακείμενων αιμοφόρων αγγείων. Αποτέλεσμα της φλεγμονής είναι η παραπέρα διέγερση του τρίδυμου νεύρου, που στέλνει τους ερεθισμούς πίσω στο εγκεφαλικό στέλεχος. Τα κέντρα πόνου που βρίσκονται εκεί ευαισθητοποιούνται ή υπερφορτώνονται και αρχίζουν να πυροδοτούν ακατάσχετα, προκαλώντας τον πονοκέφαλο της ημικρανίας.

Η καλύτερη κατανόηση του μηχανισμού αυτού, οδήγησε σε νέες φαρμακευτικές θεραπείες, όπως οι τριπτάνες, χημικές ουσίες που παρεμποδίζουν την απελευθέρωση των νευροπεπτιδίων. Οι τριπτάνες προσδένονται πάνω σε ειδικά μόρια υποδοχείς του τρίδυμου νεύρου, δηλαδή στους ίδιους υποδοχείς που συνήθως προσδένεται ο φυσικός νευροδιαβιβαστής, η σεροτονίνη. Η πρόσδεση στους υποδοχείς είτε των τριπτανών, είτε της σεροτονίνης εμποδίζει την απελευθέρωση νευροπεπτιδίων από το νεύρο και έτσι εμποδίζει την κλιμάκωση του πόνου. Με αυτόν τον τρόπο, οι ασθενείς σταματούν την ημικρανία πριν καλά καλά αρχίσει, αρκεί βέβαια να πάρουν το φάρμακο αμέσως μόλις εντοπίσουν τα πρώτα συμπτώματα.

Το άγχος είναι ένας από τους κυριότερους παράγοντες που οδηγούν στην ημικρανία τους ανθρώπους με προδιάθεση. Η χαλάρωση, είτε με κάποιες ασκήσεις, είτε απλώς μειώνοντας το ρυθμό βοηθά στην αποφυγή των ημικρανιών. Σε άλλους ανθρώπους έχει εξαιρετική σημασία η τακτικότητα στις ώρες του ύπνου και η εξασφάλιση της απαραίτητης διάρκειας του ύπνου. Για άλλους πάλι παίζουν αρνητικό ρόλο παράγοντες όπως ο καπνός του τσιγάρου, ορισμένες τροφές (π.χ. το κόκκινο κρασί και η σοκολάτα).

Στο 60% των γυναικών οι ημικρανίες πυροδοτούνται από την απότομη πτώση των οιστρογόνων στο αίμα που προηγείται της περιόδου. Στις περιπτώσεις αυτές τα συμπτώματα απαλύνονται από τη λήψη οιστρογόνων τις δύο ή τρεις τελευταίες ημέρες πριν την περίοδο. Σε ορισμένες περιπτώσεις οι γιατροί συνιστούν τις μέρες αυτές και την προληπτική λήψη τριπτανών.

Για τις περιπτώσεις των ασθενών που εμφανίζουν ημικρανίες με συχνότητα μεγαλύτερη των τριών ανά μήνα και διάρκεια μεγαλύτερη των 72 ωρών, συχνά συνίσταται από τους γιατρούς η τακτική λήψη των σχετικών φαρμάκων, ώστε να προλαμβάνεται η εμφάνιση του πονοκεφάλου. Τα περισσότερα προφυλακτικά φάρμακα για τις ημικρανίες κατασκευάστηκαν αρχικά για τη θεραπεία της επιληψίας και της κατάθλιψης. Τέτοια φάρμακα μπορούν να μειώσουν στο μισό τον κίνδυνο εγκεφαλικών επεισοδίων και να περιορίσουν την ένταση των ημικρανιών, που ωστόσο συνεχίζουν να εμφανίζονται.

Πέρα από τη φαρμακευτική αγωγή, η καλύτερη αντιμετώπιση των ημικρανιών είναι όπως αποδεικνύεται και ζήτημα καλής ψυχολογικής κατάστασης του ατόμου, ζήτημα αυθυποβολής. Για να διερευνηθεί αυτή η πλευρά μια ομάδα 300 πασχόντων από ημικρανίες χωρίστηκε σε τρεις μικρότερες. Οι ασθενείς της πρώτης απ' αυτές υποβλήθηκαν σε βελονισμό στα σημεία που υποτίθεται ότι επενεργούσαν ευεργετικά στο πρόβλημά τους. Στους ασθενείς της δεύτερης υποομάδας έγινε βελονισμός σε άλλα «άσχετα» σημεία και στους ασθενείς της τρίτης ομάδας ανακοινώθηκε απλά ότι είναι στη λίστα αναμονής για τη θεραπεία. Τόσο στην πρώτη, όσο και στη δεύτερη ομάδα, όπου οι ασθενείς έβλεπαν να τους γίνεται κάποιου είδους θεραπεία, το 50% ανέφερε περιορισμό των ημερών πονοκεφάλου στο μισό. Ακόμα και στην ομάδα που ήταν στη λίστα αναμονής το 15% των ασθενών ανέφερε παρόμοια μείωση!

Σε πολλές περιπτώσεις οι πάσχοντες από ημικρανία έχουν βρει το δικό τους, προσωπικό τρόπο να περιορίζουν την ενόχληση. Εχουν μάθει να ακούν τα μηνύματα του οργανισμού τους πολύ περισσότερο απ' ό,τι πριν την εμφάνιση του προβλήματος και όταν τα αντιληφθούν προσπαθούν να μειώσουν τους παράγοντες που θα έκαναν την ημικρανία πιο έντονη. Οποτε δεν μπορέσουν να την αποφύγουν την αντιμετωπίζουν με σκοτάδι, ησυχία και ύπνο.