动脉血栓是在动脉内出现的血栓。动脉血栓的形成大多数是因为存在动脉粥样硬化，由于动脉粥样硬化斑块的不稳定，出现斑块的糜烂和破裂或者局部内皮细胞受损，引起血小板在局部的粘附和聚集，形成血小板血栓。血小板血栓形成后激活内源性凝血途径，从而使纤维蛋白原变成纤维蛋白，进一步形成红色血栓。
心房颤动时由于心房失去收缩功能，容易引起血流瘀滞。也可以在心房内壁尤其是在左心耳形成附壁血栓，血栓脱落后可以栓塞外周的动脉，这也属于动脉血栓。