为了更好地理解CVST的临床症状和体征，首先应该区分两种不同的病理生理机制。即脑静脉血栓——由静脉梗阻所产生的局灶性症状；脑静脉窦血栓——由静脉窦血栓导致颅内高压。在大多数患者中，这两种病理生理过程常同时存在。脑静脉的闭塞产生局部脑水肿和静脉型梗死。病理检查可发现扩大、肿胀的静脉，水肿（包括细胞毒性水肿和血管源性水肿），缺血性神经元损害和点状出血。而后者可融合成大的血肿被CT检测到。横窦乙状窦血栓形成可导致静脉压升高，从而影响了脑脊液的吸收而产生颅内高压。因为影响的是脑脊液循环的最后通路，蛛网膜下腔和脑室之间没有压力梯度，所以脑室并不扩张，也不会导致所有的患者都出现脑积水。