ภาวะสมองขาดเลือดมีสาเหตุจากการที่ร่างกายไม่สามารถลำเลียงเลือดไปเลี้ยงสมองได้ เนื่องจากเกิดการอุดตันของเส้นเลือด ส่งผลให้ออกซิเจนและสารอาหารอื่นไม่สามารถขึ้นไปเลี้ยงสมองได้เพียงพอ หลังจากนั้นเซลล์สมองก็จะตายในเวลาเพียงสั้นๆ

นอกจากนี้ ภาวะสมองขาดเลือดอาจเกิดขึ้นจากการมีเลือดออกในสมองเนื่องจากภาวะหลอดเลือดแตก ซึ่งอัตราการเกิดขึ้นของกรณีนี้มีประมาณ 12% ของภาวะสมองขาดเลือดทั้งหมด

ความรุนแรงของภาวะสมองขาดเลือดจะมากหรือน้อยเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเนื้อเยื่อสมองที่ถูกทำลาย โดยธรรมชาติแล้วสมองด้านซ้ายจะควบคุมการทำงานของอวัยวะซีกขวาและการพูด โดยสมองด้านขวาควบคุมการทำงานของร่างกายซีกซ้าย