1.心源性
最常见，占脑栓塞的60%～75%.脑栓塞通常是心脏病的重要表现之一。最多见的直接原因是慢性心房纤颤;在青年人中，风湿性心脏瘤仍是并发脑栓塞的重要原因;感染性心内膜炎时瓣膜上的炎性赘生物脱落。心肌梗死或心肌病的附壁血栓、二尖瓣脱垂、心脏黏液瘤和心脏外科手术的并发证等亦常引起。先天性心脏病房室间隔缺损者，来自静脉系统的栓子亦可引起反常栓塞。
2.非心源性
主动脉弓及其发出的大血管的动脉粥样硬化斑块和附着物脱落，引起的血栓栓塞现象也是引起短暂性脑缺血发作和脑梗死的较常见的原因。其他较少见的还可有：肺静脉血栓或血凝块、肺部感染、败血症可引起脑栓塞，血管内诊断治疗时的血凝块或血栓脱落，癌性栓子，寄生虫虫卵栓子，异物栓子。肾病综合征高凝状态亦可发生脑栓塞。
3.来源不明
约30%脑栓塞不能确定原因。