Potrauminio galvos skausmo mechanizmas menkai ištirtas. Daugumai pacientų buvo smarkiai sužalotas kaklas, tačiau nebūtinai lūžę kaulai. Minkštųjų kaklo audinių sužalojimai gali veikti viršutines kaklo nervo šakneles, kurios yra galvos odoje, ir sukelti antrinius kaklo spazmus, kurie gali išplisti į galvą. Kiti pacientai gali justi diskomfortą dėl smulkių galvos odos nervų pažeidimų – įplyšimų. Galvos sužalojimai gali pažeisti skausmui jautrias galvos struktūras, pvz., stambiąsias arterijas ir venas. Taip pat turi įtakos atskirų nervų skaidulų nukirpimas.
Neabejotinai depresija nulemia potrauminį galvos skausmą, ypač tiems pacientams, kurie baigę gydytis ligoninėje galvos skausmo nejuto.