Bár a fejfájás során a fájdalom erős és kellemetlen, csak ritkán komoly betegség jele. A legtöbb fejfájás - a tenziós, a migrén és a halmozott rohamokban jelentkező ("cluster") fejfájás - hátterében nem sikerül betegséget kimutatni. A leggyakoribb a tenziós fejfájás.

Kevésbé gyakori, hogy a fejfájás valamilyen betegség eredménye, azonban rendszerint a kiváltó betegség sem súlyos. Az efféle fejfájások zömét a szem, az orr, a torok, a melléküregek, a fogak, az állkapocs, a fülek vagy a nyak enyhe vagy átmeneti elváltozásai váltják ki.

Ritkán azonban, a fejfájás súlyos betegség tünete lehet. Ilyen kórképek például a fejsérülés, a szélütés, agyi aneurizma, fertőzés (agytályog, agyhártyagyulladás, agyvelőgyulladás), az agyi érelváltozás (arteriovenózus malformáció). Tuberculosis és egyéb fertőzések szintén érinthetik az agyat, és okozhatnak fejfájást. A koponyán belüli nyomást fokozó kórképek is járhatnak fejfájással. Ilyenek az agydaganatok, az agyvérzés, a vérgyülem és a pszeudotumor cerebri. A pszeudotumor cerebri olyan koponyaűri nyomásfokozódással járó állapot, amelyben sokszor nem sikerül kiváltó okot kimutatni.

Fejfájással járhatnak továbbá olyan súlyos állapotok is, mint vérnyomáskiugrás, amely sokszor lüktető, sajgó fájdalmat okoz (a tartósan magas vérnyomás azonban rendszerint nem jár ilyen panasszal). Az agy oxigén ellátottságát korlátozó tüdőbetegségek (például tüdőtágulat) kiválthatnak fejfájást, csakúgy, mint az alvási apnoe, ami a vér szén-dioxid tartalmának időleges növekedésével jár. Fejfájáshoz vezethet a fej és nyak nagy artériáit érintő temporális arteritisz gyulladás, ami különösen idős korban lép fel. Súlyos influenza és magas láz is járhat fejfájással. A Lyme-kór kezdeti stádiumában is gyakran ez a panasz.

Nem ritka a koffein-fogyasztás és a tartós fájdalomcsillapító szedés abbahagyásakor, valamint az értágulatot okozó szerek (pl. nitroglicerin) alkalmazásakor fellépő fejfájás sem.

A kórtörténet, a fejfájás jellegzetességei és a fizikális vizsgálat eredményei alapján a fejfájás típusa és oka az esetek többségében megállapítható. A fejfájás jellegzetességei közül figyelembe kell venni a panaszok gyakoriságát, időtartamát, lokalizációját, súlyosságát és a kísérő tüneteket is.

Az alább felsoroltak esetén a háttérben komolyabb betegség állhat, ezért ezekben az esetekben azonnal forduljunk orvoshoz.

• Ha olyan személy panaszkodik gyakori fejfájásra, akinek különben ritkán fájt a feje.
• Egyre súlyosbodó fejfájás.
• A beteget felébresztő fájdalom.
• Ha a korábbi fejfájás lefolyása és jellegzetességei megváltoznak.
• A fejfájáshoz kísérő tünetek társulnak: láz és tarkómerevség, az érzékelés és látás megváltozása, gyengeség, egyensúly- és koordinációzavar vagy eszméletvesztés.

Súlyos fejfájás lázzal és a tarkó merevségével agyhártyagyulladásra utal, ami az agyat és a gerincvelőt fedő agyhártyák életveszélyes fertőzése. Ha valaki hirtelen fellépő, amely minden korábbinál rosszabb és elkerülhetetlenebb fejfájást panaszol, felmerül a szubarachnoidális vérzés lehetősége, gyakran a megrepedt agyi aneurizma (értágulat) következményeként.

Súlyosabb kórképek gyanúja esetén az orvosok rendszerint további vizsgálatokat végeznek. Agyhártyagyulladás gyanúja esetén azonnali gerinccsapolás (lumbálpunkció) végzendő, sor kerülhet erre aneurizma-repedés gyanújakor is. Szükség esetén vérvizsgálat segít kizárni például a Lyme-kórt. A temporális arteritisz diagnózisának megerősítésére szolgál a süllyedés (Westergreen érték - a vörösvérsejtek ülepedési sebessége kémcsőben) vizsgálatai. Gyorsult süllyedés (magas értéke) gyulladásra utal.

Daganat, szélütés, vérzés és egyéb szervi elváltozás gyanúja esetén komputertomográfia (CT) vagy mágneses rezonancia vizsgálat (MRI) a választandó eljárás.