Migréna byla v posledních 50 letech předmětem velmi intenzivního výzkumu. Bylo zjištěno, že při migrénovém záchvatu má důležitou úlohu látka, nazvaná "serotonin", která se běžně vyskytuje v mozku, krevních destičkách i jinde v těle. Tato látka se váže na takzvané "receptory" čili speciální vazebná místa, která se hodí právě pouze pro tuto látku. Pro jednu stejnou látku -- serotonin -- existuje v těle na různých místech mnoho typů "receptorů" a proto může mít tato látka v různých místech těla tak rozdílné účinky. Tento systém je možno si představit tak, že látka jako serotnin je jakýsi "univerzální klíč", který se hodí do mnoha typů zámků na různých místech, a podle toho, který zámek kde otevře, má i určité, přesně stanovené účinky. V mozku je několik typů receptorů pro serotonin. Některé podporují vznik migrénového záchvatu, jiné jsou schopny jej zastavit.

Bezprostředním vyvolávajícím momentem migrénového záchvatu je vlna šířící se deprese (= zmenšení) elektrické aktivity některých částí mozkové kůry, která souhlasí s aurou, vnímanou pacientem. Tato šířící se deprese v mozkové kůře způsobí podráždění jádra trojklanného nervu, které se potom chová abnormálně. I za normálních okolností je trojklanný nerv určen k vedení pocitů (včetně bolestivých) z hlavy a obličeje. Ale při migrénovém záchvatu způsobí již zmíněné abnormální chování té části první větve trojklanného nervu, která míří do dutiny lební, určité změny na mozkových plenách a na cévách, které v nich procházejí. Tyto změny se velmi podobají zánětu (i když nejsou vyvolány žádnou infekcí, ale abnormálně se chovajícími částmi nervů a mozku), a proto je nezýváme "sterilním zánětem" (sterilní = prostý bacilů, virů a podobně).

V místech vzniku a rozvoje tohoto "sterilního zánětu" (tj. v jádru i větvích trojklanného nervu, v mozkové kůře i na cévách v mozkových plenách) je mnoho vazebných míst pro serotonin a právě proto má tato látka tak důležitou roli při vzniku (ale i zastavení) migrénového záchvatu.

Tento "sterilní zánět" bolí (podobně jako každý jiný zánět, protože se při něm vyplaví látky, které způsobují bolest), a tím ještě více dráždí již zmíněný trojklanný nerv. Lze tedy říci, že migrénová bolest "živí sama sebe", a proto bývá tak silná, dlouhá a těžko zvladatelná.