血栓形成
頸內動脈起始處為動脈粥樣硬化性血管狹窄最常見的發病部位，此外，ICA（頸內動脈）虹吸段是粥樣斑塊的好發部位，而ICA的其他部分則很少受累。與ICA顱外段和虹吸段相比，白人中ICA前床突上段、MCA（大腦中動脈）主干以及ACA（大腦前動脈）主干發生動脈粥樣硬化性血栓形成的可能性較小。但在黑人、中國人和日本人群中，MCA 病變發生率較ICA病變發生率高。
圖1 動脈粥樣硬化性血管狹窄的好發部位：灰色部分表示斑塊
在后循環中，椎動脈和鎖骨下動脈起始處、椎動脈顱內段的近端和遠端、基底動脈的近端和遠端以及大腦后動脈起始處均為動脈粥樣硬化性血管狹窄的好發部位。圖1顯示了動脈粥樣硬化的常見發病部位。動脈粥樣硬化性血管狹窄很少累及大腦動脈（ACA，MCA，PCA）和小腦動脈（PICA，AICA， SCA）的遠端表淺分支。
圖2 大腦半球冠狀面顯示大腦中動脈主干及其分支——豆紋動脈
由高血壓引起的脂質透明樣變性和中膜過度增生主要累及：①大腦中動脈的豆紋動脈穿通支（圖2）；②大腦前動脈的穿支，通常指Heubner動脈（圖3和圖4）；③前交通動脈發出的穿通支（圖5和圖3）；④大腦后動脈發出的丘腦穿通動脈和丘腦膝狀體穿支（圖3）；⑤由基底動脈發出，到達腦橋、中腦和丘腦的旁中央穿通支。在某些情況下，母動脈粥樣硬化斑塊形成或穿支口微小粥樣硬化斑塊會堵塞穿通動脈（圖6）。動脈粥樣硬化性穿支閉塞的累及部位與脂質透明樣變性有相同之處，但同時前者還可累及較大的動脈（例如頸內動脈的分支脈絡膜前動脈以及大腦后動脈發出的丘腦膝狀體動脈）。
圖3 基底節和丘腦的穿通動脈
圖4 冠狀位尸解血管造影顯示大腦前動脈（白箭頭）的分支。黑點區域（圖片左側）為內交界區。（From Pullicino P：Lenticulostriate arteries. In Bogousslavsky J，Caplan LR(eds)：Stroke Syndromes，2nd ed. Cambridge：Cambridge University Press，2001，pp 428-437.）
圖5 脈絡膜前動脈的供血范圍
圖6 動脈粥樣硬化性穿支病變的病理表現：（A）母動脈中的斑塊堵塞穿支口；（B）母動脈中的斑塊延伸至穿支中；（C）穿支口的微小粥樣硬化。
外傷性或自發性血管壁撕裂引起的動脈夾層最常見的累及部位包括頸動脈的咽部、椎動脈起始處至進入椎間孔之前的部分及椎動脈V3段（盤繞嘴側頸椎至穿過硬膜進入顱腔前的部分）。在這些部位，頸部的動脈沒有依附于其他動脈或骨性結構，因此活動性相對較大。頸部動脈管壁撕裂最常見的原因是動脈的突然牽拉或直接的外傷。除去上述常見的夾層部位之外，其他較少見的形成夾層的部位包括ICA、MCA和VA的顱內段以及基底動脈。顳動脈炎最常累及ICA和VA即將穿過硬膜入顱的部分，以及眼動脈的入腦前分支。
栓塞
不同大小、性質和來源的栓子可堵塞不同的動脈。較大栓子（通常來源于心臟）有時可栓塞顱外大動脈，例如頭臂干、鎖骨下動脈、頸部的頸動脈和椎動脈等。而在心臟或外周動脈中形成的較小栓子常會栓塞顱內動脈，例如ICA、ACA、VA基底動脈、PCA以及MCA等，其中以栓塞MCA主干或其 上、下干最常見。在前循環中，最常見的栓塞部位為MCA及其分支。動物實驗發現，釋放入ICA的微小異物會沿血流進人MCA的分支。而在后循環中，最常見的栓塞部位主要是VA顱內段、基底動脈以及 PCA。此外，一些微小的栓子，例如血栓碎片、血小板-纖維蛋白聚集體、膽同醇結晶或其他自脂質斑塊脫落的碎片，以及自心臟瓣膜或動脈壁脫落的鈣化碎片等，可栓塞大腦或小腦的小穿支動脈、眼動脈以及視網膜動脈等。
腦出血
圖7 大腦的水平切面和腦干的矢狀面，可見腦出血的常見部位。
腦出血的最常見原因是髙血壓，其部位與高血壓性動脈脂質透明樣變性相同（圖7）。1872年， Charcot和Bouchard首次提出了微動脈瘤的概念，他們認為腦出血是由微動脈瘤破裂引起的。即使患者沒有長期高血壓病史，突然升高的血壓和腦血流量也可引起上述穿通動脈的破裂，從而導致腦出血。而腦血管畸形則可引起任何部位的腦出血；此外，累及蛛網膜下腔和腦皮質內中小動脈和微動脈的腦淀粉樣血管病也是腦出血的原因之一。
圖8 顱內動脈瘤的最常見發病部位：(a)PICA；(b)基底動脈；(c)PCoA；(d)ICA；(e)ACoA；(f)MCA分叉處。
蛛網膜下腔出血
動脈瘤常見的發病部位為構成Willis環的各大動脈交界處。其中，最常見的是ICA-PCoA交界處、 ACoA-ACA交界處以及MCA分叉處；另外，ICA床突上段、胼胝體周圍動脈、VA-PICA交界處以及基底動脈尖也是動脈瘤的好發部位（圖8）。引起蛛網膜下腔出血的動靜脈畸形常位于靠近軟腦膜或腦室表面的腦實質內、腦室系統內或蛛網膜下腔中；一些大的動靜脈畸形有時完全位于蛛網膜下腔中。