頸源性頭痛是指由頸椎或頸部軟組織的器質性或功能性病損所引起的，以慢性、單側頭部疼痛為主要表現的綜合征。疼痛性質是一種牽涉痛。

現如今認為引起CEH的病因尚不完全清楚。學者多認為是椎間盤退行性變引起的神經壓迫和伴隨的局部無菌性炎癥。現如今，較為統一的觀點認為，C1-C3神經根和/或其支配的組織結構是誘發頸源性疼痛的解剖基礎。致頸源性頭痛的因素包括：

(1)椎管內的炎性刺激和/或椎間盤機械性壓迫C1-C3神經根；

(2)椎管外的頸椎小關節紊亂、肌肉痙攣和/或韌帶筋膜的炎性刺激或機械性卡壓C1-C3神經根分支(主要包括：源自C1神經根后支的枕下神經，源自C2、C3神經根后支的枕大神經，源自C3神經根后支的第3枕神經，源自C2、C3神經根前支的枕小、耳大神經)。有數據顯示，70%的頸源性頭痛源自C2-3小關節病變。因此，椎管內、外的病理改變均可成為頸源性頭痛的潛在誘因。低位頸神經根也可能是頸源性頭痛的潛在誘因。

關于頸源性頭痛的發病機制，可將上頸椎神經根(C1-3)和下頸椎神經根(C4-7)分開討論(注：這里的上、下頸椎非頸椎解剖學概念)。Bogduk和Govind[5]首次對上頸椎病變引起頭痛的解剖學機制進行了報道。他們認為上頸椎神經根(C1-3)及其分支的傳入感覺匯聚到三叉神經脊束核，由于椎管內的炎性刺激或椎間盤機械壓迫C1-C3神經根，其次頸椎小關節紊亂、肌肉痙攣和韌帶筋膜的炎性刺激或機械卡壓C1-C3神經根分支導致信號傳遞至三叉神經痛覺支配核，從而導致三叉神經支配區域產生疼痛，其區域常位于顳部和眶區。

頸部創傷、過伸過屈、勞損、頸肩部肌肉的慢性痙攣會增加三叉神經支配區域的敏感性，降低患者的疼痛閾值。較低的疼痛閾值會使患者疼痛感進一步加重。根據相關文獻報道，上頸椎CEH與C2-3關節突關節功能失調具有很高的相關性，而Dwyer等人認為：70%的CEH來源于C2-3小關節病變。