Ada berbagai penyebab infark serebral, yang paling penting adalah penyempitan pembuluh darah karena berbagai patologi, seperti aterosklerosis atau arteritis; diikuti oleh pembentukan gumpalan darah dari berbagai penyebab, seperti pecahnya plak yang dibentuk oleh aterosklerosis, lepasnya emboli jantung yang dibentuk oleh fibrilasi atrium; dan ada juga yang disebabkan oleh perfusi aliran darah otak yang tidak adekuat, kondisi darah yang mengalami hiperkoagulasi, dan lain-lain. Aterosklerosis adalah penyebab paling penting dari infark otak. Penyempitan pembuluh darah dapat menyebabkan penurunan aliran darah, mengakibatkan penurunan perfusi dan perlambatan aliran darah di arteri distal, yang selanjutnya dapat menyebabkan pembentukan gumpalan darah dan infark otak. Gumpalan dan plak yang terlepas ini terbawa oleh aliran darah dan menyumbat pembuluh darah distal, yang mengakibatkan emboli. Emboli yang dibentuk oleh fibrilasi atrium juga merupakan faktor penting. Fibrilasi atrium adalah detak atrium yang tidak teratur. Dalam hal ini, darah tidak dapat mengalir sepenuhnya dari atrium ke ventrikel dan darah menjadi stagnan, yang menyebabkan pembentukan gumpalan darah, yang dapat terlepas dan membentuk emboli yang bergerak maju bersama aliran darah dan menyumbat arteri serebral sehingga membentuk infark serebral, suatu jenis infark serebral yang dikenal sebagai emboli kardiogenik. Darah itu sendiri, karena berbagai faktor seperti autoimunitas, juga dapat menyebabkan pembentukan gumpalan darah dan pembentukan infark otak. Selain itu, ada banyak faktor langka lainnya yang dapat menyebabkan infark otak yang tidak diketahui asalnya. Singkatnya, penyebab infark serebral sangat kompleks, dimana penyebab paling umum dan penting adalah aterosklerosis. Dalam pengobatan infark serebral, penyebabnya harus terlebih dahulu dibedakan sebelum pengobatan yang ditargetkan dapat dilakukan.