动脉粥样硬化是脑血栓形成的基本病因。可以导致动脉粥样硬化性脑梗死。常伴有高血压，与动脉粥样硬化互为因果。糖尿病和高脂血症也可以加速动脉粥样硬化的进程。动脉粥样硬化导致管腔狭窄和血栓形成。常见于颈内动脉和椎基底动脉系统的任何部位。
动脉分叉处多见，如颈总动脉与颈内外动脉分叉处，大脑前中动脉起始段，椎动脉在锁骨下动脉的起始部位，椎动脉进入颅脑段，基底动脉起始段以及分叉部位。此外，其原因也包括动脉炎，药原性、红细胞增多症、血小板减少症、血栓栓塞性血小板减少性紫癜的也可以引起脑血栓形成。