腦栓塞的栓子種類很多，可有多種疾病所產生的栓子進入血液，阻塞血管而誘發。而心臟病是腦栓塞的最常見原因。風濕性心臟病二尖瓣狹窄，左心房擴大，心臟血流緩慢、淤滯，易使血液凝固和血栓形成。當血流不規則或心房纖顫時，這種附壁血栓容易脫落形成栓子，發生腦栓塞。細菌性心內膜炎由於內膜或內膜下病變，細菌常附著在內膜上繁殖，與血小板、紅細胞、血紅蛋白等集結成細菌性贅生物，脫落後隨血液進入顱內，也可發生腦栓塞。心肌梗塞時，心房和心室內膜可受到損傷，而受傷的內膜易發生附壁血栓，在心房纖顫等因素的作用下，血栓脫落形成栓子，也常造成腦栓塞。另外，先天性心臟病、心臟粘液瘤、心臟手術等，也是造成心源性腦栓塞的原因。
非心源性的栓子，較常見的是脂肪栓子和空氣栓子。當長骨骨折時，或因骨折手術，骨髓中的脂肪球進入血液，容易形成脂肪栓塞；而氣體栓子則常見於胸部、頸部開放性外傷及外科手術、人工氣胸、氣腹以及潛水夫、飛行員不適當減壓，形成氮氣栓塞；另外，肺靜脈栓塞，腦靜脈栓塞也是造成非心源性腦栓塞的原因。有的腦栓塞查不到栓子來源，稱為來源不明性的腦栓塞。
腦血管被血流中所帶的栓子阻塞，而引起的急性腦血管病，叫做腦栓塞。由於栓子阻塞了腦血管造成血流中斷，局部腦組織缺血、缺氧、軟化、壞死，而出現相應的神經症狀。這種病可發生於任何年齡，但以40歲以下的青壯年多見。起病急驟，常於數秒鐘至2～3分鐘達到高峰。