脳梗塞の機序には、高コレステロールや高血糖などの影響により、血管の内部が狭くなっているところに血の塊が詰まってしまう「血栓性」、血管の狭窄ではなく、血の塊がすっぽりとはまって閉塞してしまう「塞栓性」、血管に狭窄があり、側副血行路(血管のバイパス道路)などでかろうじて血流が維持されているところに血圧低下が生じ(脱水など)、脳血流が低下することで脳梗塞がおこる「血行力学性」の3つがあります。
また、病態によっても主に3つの病型に分けられています。「ラクナ梗塞」は細い血管の閉塞によるものです。太い血管の動脈硬化による脳梗塞は「アテローム血栓性梗塞」といいます。心臓内に生じた血栓などが血流にのって脳に到達し、脳動脈が詰まって起こる「心原性脳塞栓症」もあります。