在临床上引起脑栓塞的最常见的病因是心源性的因素，最多见的直接因素是慢性心房纤颤。在病人出现有感染性心内膜炎的病情发生时，瓣膜上的炎性赘生物脱落，赘生物会随着血液循环进入到脑血液当中，引起脑血管的栓塞，就会出现有疾病的发生。心肌梗死或心肌病的附壁血栓、二尖瓣脱垂、心脏粘液瘤和心脏外科手术的并发症也是常见的病因。患有先天性心脏病房室间隔缺损患者，静脉系统的栓子脱落，也可以引起反常性血栓的疾病发生。
临床上非心源性病因包括大血管的动脉粥样硬化、斑块和附着物脱落，引起血栓栓塞性现象，也是常见的病因。当然比较少见的病因主要包括肺静脉栓塞、血凝块、肺部感染、败血症、寄生虫虫卵、异物栓子、肾病综合症的高凝状态，也可以引起脑栓塞的疾病。还有一部分病人的病因，目前并不十分明确。