偏头痛发作时在病理表现上大致都可以分为三期：
颅外血管扩张期，随着缺血症状的逐渐缓解，血管扩张引起的头痛随即出现。头痛呈持续性跳痛或钝痛、胀痛，大多数都很剧烈，以至影响学习、工作，同时伴全身乏力、面色苍白或发红、烦躁、恶心、呕吐、食欲差、心慌等植物神经症状，入睡后头痛可减轻或消失。在此期间可有脑电图异常。
缓解期，在血管扩张和头痛发作持续一定时间又趋于正常状态时，则进入此期。这段时间里上述症状消失，患者无明显不适，仅少数人存在头晕、乏力、多梦等，若在缓解期中进行仪器检查，多数不能发现异常。这段时间可为数周或数月不等。
脑电图检查：一般认为，偏头痛病人无论是在发作期或间歇期，脑电图的异常发生率皆比正常对照组高，但是偏头痛病人的脑电图改变有特异性。小儿偏头痛脑电图的异常率较高，达9%～70%不等，可出现棘波、阵发性慢波、快波活动及弥漫性慢波。
脑血流图检查：病人在发作期和间歇期脑血流图的主要变化是两侧波幅不对称，一侧偏高或一侧偏低。
脑脊液检查：偏头痛病人脑脊液的常规检查通常是正常的，一般情况下脑脊液的淋巴细胞可增高。
免疫学检查：一般认为偏头痛病人的免疫球蛋白可较正常人偏高。
血小板机能检查：偏头痛病人的血小板聚集性可升高。
至少具有下列4项特点中的3项且至少有两次符合此3项发作。有1种或多种完全可逆的先兆症状,表现为局灶性大脑皮层和/或脑干的功能障碍;至少有1种先兆症状逐渐发生,持续时间超过4分钟,或者有2种以上先兆症状连续发生;先兆症状持续时间不超过60分钟,如果先兆症状超过1 种,症状持续时间则相应增加。
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