偏头痛与脑卒中是两种常见的、不同病因的神经血管性疾病。有些患者的偏头痛在发作时症状与脑卒中相似，有些患者在头痛发作期间可能诱发脑卒中。
流行病学研究表明，偏头痛（尤其是先兆型）和脑卒中（缺血性和出血性）之间确有联系。临床和人群研究显示，偏头痛可能是令缺血性脑卒中风险加倍的独立因素，在年轻健康的先兆型偏头痛患者中尤其如此；女性偏头痛缓则的脑卒中风险显著增加，而口服避孕药的偏头痛女性脑卒中风险增加至9倍。偏头痛患者增加的卒中风险，与偏头痛和血管疾病的遗传因素（如亚甲基四氢叶酸还原酶或血管紧张素转化酶基因的多态性）有关。
播散性去极化可能为先兆型偏头痛和脑卒中的共同机制，在啮齿类动物中，脑部小动脉的微血栓梗塞可诱发播散性去极化；在临床上，女性先兆偏头痛患者的外周循环中可检测到内皮微粒。播散性去极化的检测因其较好的阳性阴性预测值，可作为临床前模型用于筛查偏头痛药物。
缺血性损伤的易感性增加，可令偏头痛患者在轻度缺血时（无临床表现或仅为短暂性脑缺血发作）易于卒中。