腦栓塞常發生于頸內動脈系統，椎基底動脈系統相對少見。約75%的心源性栓子栓塞于腦部，引起腦栓塞的常見的心源性疾病有心房纖顫、心臟瓣膜病、感染性心內膜炎、心肌梗死、心肌病、心臟手術、先天性心臟病。比如來自體循環靜脈系統的栓子，經先天性心臟病，如房間隔缺損、卵圓孔未閉等的異常通道，直接進入顱內動脈，而引起腦栓塞為反常栓塞，比如心臟黏液瘤等情況。 腦栓塞是血液中各種栓子，比如心臟內的附壁血栓、動脈粥樣硬化的斑塊、脂肪腫瘤細胞、纖維軟骨或者空氣等，隨著血流進入腦動脈而阻塞血管。當側支循環不能代償時，引起該動脈供血區域組織的缺血壞死，出現局灶性的神經功能缺損。