动脉粥样硬化是引起脑血栓形成最常见的原因，以至于最新的脑血管疾病分类将脑血栓形成更名为“动脉粥样硬化性血栓性脑梗塞”。动脉硬化的发生与血管内皮细胞损伤、血脂过高、高血压以及血流动力学异常有关。

发生动脉粥样硬化的病因被认为与血脂过高，特别是一种叫做低密度脂蛋白—胆固醇（LDL-C）的物质含量过高有关。也与生活方式、营养和遗传因素有关。如吃进的食物中含脂肪（肥肉、油脂）、碳水化合物（糖、淀粉等）过多；体力活动过少；肥胖、有高血压、糖尿病及其家族史（父母或/及兄弟姐妹有同样疾病）等。

最新的研究发现，动脉粥样硬化与载脂蛋白等基因突变有关，后者是一种与脂肪代谢有关的蛋白质。动脉粥样硬化是一种全身性的血管疾病，发生在不同的器官便产生相应的疾病。如供应心脏的冠状动脉发生动脉粥样硬化就会得冠状动脉硬化性心脏病（冠心病）。

脑动脉发生动脉粥样硬化主要在供应脑部的大、中动脉，最容易发生狭窄的部位在颈部颈总动脉分叉处、椎动脉进入颅腔处、以及基底动脉起始和分叉处。由于血管内膜的破溃、脂质沉积形成斑块，血液中的血小板、纤维蛋白沉积在斑块上面并发生机化，造成血管壁增厚、血管腔变窄，导致脑供血不足。如果病变进一步发展，血管腔严重狭窄甚至完全闭塞，或在狭窄的基础上由于血液粘稠度高（俗称血稠），在斑块上形成血栓堵塞血管，便可发生这根血管供血区的脑细胞缺血坏死。