Во время приступа мигрени происходит целый ряд биохимических изменений. В фазе ауры может наблюдаться транзиторное повышение уровня 5-гидрокситриптамина (5-HT) в плазме крови; метаболит 5-HT, 5-гидроксииндолуксусная кислота (5-HIAA), может значительно повышаться в моче во время приступа головной боли. Это говорит о том, что плазменный 5-HT быстро разрушается и выводится с мочой. 5-HT оказывает двухфазное действие на гладкую мускулатуру: снижение плазменного 5-HT вызывает сужение мелких артерий и расширение крупных артерий. Сужение мелких артерий вызывает ишемию тканей мозга, что приводит к появлению ауры или других симптомов неврологического повреждения; расширение крупных артерий вызывает головную боль. Часть 5-HT просачивается во внеклеточную жидкость, окружающую кровеносные сосуды, и вместе с гистамином, брадикинином, вазопрессином и другими нейропептидами снижает болевой порог стенок сосудов и вызывает «асептическое воспаление» артерий. Сочетание вазодилатации и «асептического воспаления» вызывает клинические симптомы мигрени. 5-HT в основном хранится в тромбоцитах, и когда агрегация тромбоцитов повышается или присутствуют факторы, высвобождающие 5-HT, уровень 5-HT в тромбоцитах внезапно падает, и возникает клинический приступ. Некоторые лекарства (например, ресерпин) обладают эффектом высвобождения и истощения 5-HT и могут провоцировать приступы головной боли у больных мигренью; блокаторы 5-HT (например, диметилэргометрин, фенотиазин) используются для предотвращения приступов мигрени. Снижение активности моноаминоксидазы (МАО) во время приступов головной боли может быть связано с потреблением большого количества МАО во время распада 5-HT. Принято лечение — декомпрессия сосудистого нерва — с хорошими результатами и высоким процентом излечения.