丛集性头痛病因尚不明，一般认为是颅内、颅外血管扩张所致。Horton氏认为此种类型头痛与组织胺关系密切，它曾对此病患者在间歇期内皮下注射组织胺试验表明，60%的患者可诱发头痛发作，并且血中组织胺之增高和消退均非常迅速，提示与急剧头痛发作有关。
丛集性头痛发病机制，CH的发病机制尚未完全清楚有以下几种观点可供参考：
1、血管源说某些扩血管药物如硝酸甘油组胺、乙醇等可诱发CH发作，而缩血管药物如麦角胺、去甲肾上腺等可使之缓解。有研究发现CH发作时痛侧海绵窦段大脑中动脉管径扩大发作停止后变小。经颅多普勒检查CH发作时痛侧大脑中动脉平均血流速度明显高于对侧也高于缓解期，而痛侧大脑前动脉流速低于对侧热成像检查发现痛侧眶区散热增加。有人发现CH丛集发作期眶上静脉及海绵窦有炎性改变导致眼静脉回流障碍并激活疼痛神经纤维引起眼痛、流泪、鼻塞流涕等症状。
2、神经源说CH发作疼痛均发生在三叉神经第1、2支分布区，提示与三叉神经有关。可能三叉神经受到逆行性刺激诱发P物质和其他血管活性肽释放，引起血管扩张而头痛。疼痛发作侧的自主神经症状提示交感神经兴奋性降低副交感神经兴奋性增高，说明自主神经功能障碍在CH发病中起一定作用实验发现眶上静脉及海绵窦炎症可能损害交感神经纤维，引起自主神经症状因此可以认为血管因素和神经因素在头痛发作中可能共同起作用。CH发作有明显周期性有的像定时钟一样每天几乎。在恒定的时间发作因此有人提出CH可能存在中枢神经系统功能障碍。如源于下丘脑后部调节自主神经的神经元功能障碍，下丘脑前部如视上核与生物钟节律有关的神经功能紊乱。生物钟受5-HT调节某些治疗CH的药物可加强5-HT能神经传导，提示有5-HT能神经的功能障碍。
3、组胺说组胺是一种强血管扩张药，部分CH患者血中组胺增高，皮下注射组胺可以诱发患者头痛发作，CH的临床症状很像组胺反应，应用组胺脱敏治疗对部分患者有效此外有人发现，CH患者痛侧颞部皮肤肥大细胞增多其活性增强该细胞能合成和释放某些血管活性物质，如组胺5-HT等。据此提出CH发病与组胺有关但确切机制，因果关系并不清楚。
丛集性头痛主要见于男性病人，多在30-60岁发病。病因不明确。一般认为是颅内、外血管扩张所致，也有人认为是血管对组织胺过敏，故又名组织胺头痛。是一种单侧性，突发性剧烈头痛。
丛集性头痛发作十分规律。每天复发，连续数周致数月，大致在同一时间发作，以午睡及凌晨发作最常见，可使病人在睡眠中痛醒，而且影响相同部位。间隔数月或数年后又再复发。表现为突发一侧眼球后牵拉或压迫感在数命名内迅速发展为眼眶四周剧烈疼痛，常向额颈或上颌扩散，也可扩散到顶枕和颈部。伴面部潮红、多汗、鼻塞流泪，上睑下垂及瞳孔缩小，颈动脉怒张。病人往往烦躁，坐卧不安，用手捶打头部或用头碰墙。可有上腹不适及恶心、呕吐，一次头痛持续半小时到2小时后迅速消失。很少遗留疲乏及嗜睡。此型头痛可因饮酒或注射组织胺诱发。