혈관에 폐색(혈관 등을 이루는 관이 막히는 경우)이 발생하여 뇌에 공급되는 혈액량이 감소하면 뇌조직이 기능을 제대로 하지 못하게 된다. 뇌혈류 감소가 일정시간 이상 지속되면 뇌조직의 괴사(조직이나 세포의 일부가 죽는 것)가 시작되고, 뇌조직이 괴사되어 회복 불가능한 상태에 이르렀을 때 이를 뇌경색이라고 한다.
반면 뇌혈류 감소에 의해 뇌기능에 이상이 생겼지만, 적절한 치료를 통해 충분한 뇌혈류가 다시 공급되어 뇌조직의 괴사 없이 뇌기능이 회복되었을 때를 일과성 허혈성 발작이라고 부른다. 허혈성 뇌졸중은 뇌경색과 일과성 허혈성 발작을 통틀어서 일컫는 용어다.
허혈성 뇌졸중은 발생하는 기전에 따라 대뇌혈관 질환에 의한 뇌경색, 심장 문제(예: 심방세동 등의 부정맥)에 의한 뇌경색, 색전증에 의한 뇌경색 또는 심인성 뇌경색, 소혈관 질환 또는 열공 뇌경색, 그리고 기타 드문 원인에 의해 발생하는 뇌경색으로 분류한다.
지속 시간이 짧아 발생 24시간 이내에 증상이 완전하게 회복되는 경우를 일과성 허혈성 발작이라고 분류하며, 이는 뇌경색의 전조 증상이 되기도 한다.
허혈성 뇌졸중의 가장 흔한 원인은 고혈압, 당뇨, 고지혈증 등으로 인해 뇌에 혈액을 공급하는 혈관에 죽상경화증(동맥경화증)이 발생하고, 이로 인해 뇌혈류가 차단되는 경우다. 그 외에 심장, 부정맥, 심부전 및 심근경색의 후유증 등으로 인하여 심장에서 혈전(심장이나 혈관 내에서 혈액이 응고된 상태)이 생성되고, 이 혈전이 혈류를 따라 이동하다가 뇌혈관을 막아 뇌졸중이 발생하기도 한다. 드물게는 모야모야병, 호모시스테인혈증 등 극히 드물게 발생하는 질병에 의해 허혈성 뇌졸중이 발생하는 경우도 있다.