当流入大脑的血液被阻断时，脑细胞由于缺氧而死亡或受到损伤。如果脑内或脑周围出血，脑细胞也会受到损伤，由大脑或脑血管受累所造成的神经系统病变称为脑血管疾病。
血液通过两条大动脉供应大脑：颈动脉和椎动脉。颈动脉将血液从心脏经颈前部供给大脑。椎动脉将血液从心脏沿颈后脊柱供给大脑。这两条大动脉分支成很多小动脉，就像交通网中的道路。这些分支小动脉将血液供给脑的各个部分。
短暂的血液供应不足造成脑功能暂时的缺损称为短暂性脑缺血发作。由于血液供应很快恢复，脑组织不会像脑卒中那样死亡。短暂性脑缺血发作常常是发生脑卒中的一种危险信号。
在西方国家，脑卒中是神经功能废损的最常见原因。高血压和动脉硬化是脑卒中主要的危险因素。近几十年脑卒中的发病率有所下降，主要是因为人们对控制高血压和高胆固醇水平的重要性更加重视。
一次脑卒中或短暂性脑缺血发作对身体的影响主要取决于脑缺血或出血发生的部位。大脑各区由特定血管供应。例如，如果控制左下肢肌肉运动的区域血流阻断，就会出现相应下肢的无力或瘫痪。如果支配右臂感觉的区域的血流阻断，右臂将丧失感觉。脑卒中后功能丧失会立刻出现，然而当一些脑细胞死亡时，其他脑细胞可能只是受到损伤而可以恢复，因此，某些功能通常是可以恢复的。
有时，当脑部血流正常但血氧含量不足时也可以出现脑卒中或短暂性脑缺血发作。例如严重贫血、一氧化碳中毒或由于白血病或红细胞增多症而产生的异常血细胞或异常血凝块时也可发生类似情形。