各種病因導致的腦動脈主干或皮質支動脈粥樣硬化，進而導致血管內膜增厚，管腔狹窄閉塞和血栓形成，腦組織局部供血動脈血流突然減少或停止，造成該血管供血區的腦組織缺血，缺氧，其結果是腦組織壞死，軟化，并伴有相應部位的臨床癥狀和體征，如偏癱，失語等。
腦梗死發生率頸內動脈系統約占4/5，椎-基底動脈系統約為1/5，閉塞的血管依次為頸內動脈，大腦中動脈，大腦后動脈，大腦前動脈及椎-基底動脈等。
閉塞血管內可見動脈粥樣硬化或血管炎改變，血栓形成或栓子，腦缺血一般形成白色梗死，梗死區腦組織軟化，壞死，伴腦水腫和毛細血管周圍點狀出血，大面積腦梗死可發生出血性梗死，缺血，缺氧性損害可出現神經細胞壞死和凋亡兩種方式。