片頭痛の発作の様式では.様々な生化学的変化が起こる。 前兆期には.血漿中の5-ヒドロキシトリプタミン（5-HT）濃度が一過性に上昇することがあります。5-HTの代謝物である5-ヒドロキシインドール酢酸（5-HIAA）は.頭痛発作時に尿中で著しく増加することがあります。 5-HTは平滑筋に対して二相性の作用があり.血漿5-HTの減少により小動脈の収縮と大動脈の拡張が起こります。 小動脈の収縮は脳組織の虚血を引き起こし.前兆などの神経障害を生じさせ.大動脈の拡張は頭痛を引き起こす。 5-HTの一部は血管の周囲の細胞外液に漏れ出し.ヒスタミン.ブラジキニン.バソペプチドなどの神経ペプチドとともに.血管壁の痛み閾値を低下させ.動脈の「無菌性炎症」を引き起こすのである。 血管拡張と「無菌性炎症」が組み合わさり.片頭痛の臨床症状を引き起こす。 5-HTは主に血小板に貯蔵されており.血小板凝集が亢進したり5-HT放出因子が存在すると.血小板5-HTレベルが急激に低下して臨床発症となる。 ある種の薬物（レセルピンなど）は5-HTを放出・枯渇させる作用があり.片頭痛患者の頭痛発作を誘発することがあります。5-HT遮断薬（ジメチルエルゴメトリン.フェノチアジンなど）は片頭痛発作の予防に使用されます。 頭痛発作時のモノアミン酸化酵素（MAO）活性の低下は.5-HT分解時にMAOが大量に消費されることと関係している可能性があります。 治療は.血管神経減圧術がとられ.良好な成績と高い治癒率が得られています。