Eftersom huvudvärk finns i flera variationer, är det naturligt att orsakerna också skiftar. Det finns bokstavligen hundratals orsaker till huvudvärk. Somliga beror på bakomliggande medicinska problem, som (i sällsynta fall) hjärntumör eller cerebral aneurysm. Men den vanligaste huvudvärken har andra orsaker.

I många fall kan vanlig ögonstress (som att arbeta länge vid datorn) framkalla huvudvärk. Eller så kan huvudvärk orsakas av förkylning eller allergi. Överdosering av vissa läkemedel kan vara orsak, vilket kallas MOH (läkemedelsframkallad huvudvärk).

Även om den exakta orsaken inte är fastställd, anses sammansnörning av blodbanor vara främsta orsak. Smärtkänsliga nervfibrer löper inne i huvudet som riggen på ett segelskepp. När de dras samman eller utvidgas aktiveras nerverna och sänder signaler till hjärnan. Ironiskt nog kan hjärnan själv inte känna smärta, eftersom den inte har sådana känselceller. Resultatet blir spänningshuvudvärk eller tung huvudvärk. Blodbanorna kan vidgas eller dras samman. När detta sker kan, enligt en teori, migrän och tung huvudvärk uppstå. Ny forskning antyder att det finns andra, kanske viktigare, orsaker bakom migrän.

Spänningshuvudvärk kan ha andra orsaker, som till exempel spänningar i nacke, axlar eller till och med käke. De som haft TMJ (ett tillstånd som beror på spänning i den temporomandibulära leden där käken gnider mot skallen) vet vad detta handlar om.

I allvarliga fall kan huvudvärk vara orsakat av bakomliggande sjukdom, och kallas då sekundär huvudvärk. Det inträffar exempelvis när patienten lider av hjärninflammationen eller hjärncancer. Men listan på sjukdomar som framkallar huvudvärk kan göras lång. Allt från oläkt inflammation, rabies till scharlakansfeber kan vara orsak.

I många fall är orsaken miljöbetingad. Koloxidförgiftning som kommer från gas av bilars typ, kan framkalla svår huvudvärk. Detsamma gäller allergier, som till exempel pollenbesvär. Blyförgiftning är också potentiell orsak, även om problemet är litet numera. Matförgiftning är dock ännu relativt vanligt.

Även om mat inte är giftig om den inte bär bakterier är vissa individer känsliga för sådant som inte påverkar andra. Vanlig föda som choklad och ost kan ge huvudvärk. Stor konsumtion av koffein är sedan lång tid känt för att ge huvudvärk. Vissa konserveringsmedel, så som glutamat, kan ge huvudvärk. Rödvin, även vid måttligt intag, ger det för några.

Men kroppshållning och andra kontrollerbara faktorer kan vara vanlig orsak, speciellt idag. Fler och fler använder datorer dagligen, vilket ger nackspänning, käkstress, ögonsveda och spänt ansikte. Det kan ge huvudvärk i längden, vilket ofta inträffar för informationspersonal.

Uppskattningsvis 85-90% av all huvudvärk är vanlig spänningshuvudvärk, och typiskt resultat av någon eller flera av faktorerna ovan. Det betyder att boten i de flesta fall finns inom räckhåll.