壁先天缺陷学说认为，颅内 Willis环 的动脉分叉处的动脉壁先天性平滑肌层缺乏。动脉壁后天性退变学说则认为， 颅内动脉粥样硬化 和高血压.使动脉内弹力板发生破坏，渐渐膨出形成囊性动脉瘤。身体的感染病灶如 细菌性心内膜炎 、肺部感染等，感染性栓子脱落，侵蚀脑动脉壁而形成感染性动脉瘤;头部外伤也可导致动脉瘤形成。但临床均少见。
对于CT扫描正常者，建议进行腰椎穿刺。首先用麻醉药注射在腰椎部位，然后用一根细针刺入椎管中，抽取其中的脑脊液进行化验。这一过程通常在床边进行，需要15分钟，穿刺接受后应该去枕平卧4～6小时，以防止发生头痛。
脑血管造影是确诊颅内动脉瘤必须的检查方法，对判明动脉瘤的准确位置、形态、内径、数目、血管痉挛和确定手术方案都十分重要。DSA更为清晰。经股动脉插管全脑血管造影，可避免遗漏多发动脉瘤。病情在三级以下，脑血管造影应及早进行，三级和三级以上病人可待病情稳定后，再行造影检查。
脑动脉管壁的厚度为身体其他部位同管径动脉的2/3，周围缺乏组织支持，但承受的血流量大，尤其在动脉分叉部。管壁中层缺少弹力纤维，平滑肌较少，由于血流动力学方面的原因，分叉部又最易受到冲击，这与临床发现分叉部动脉瘤最多、向血流冲击方向突出是一致的。管壁的中层有裂隙、胚胎血管的残留、先天动脉发育异常或缺陷(如内弹力板及中层发育不良)都是动脉瘤形成的重要因素。先天动脉发育不良不仅可发展成囊性脑动脉瘤，也可演变成梭形成脑动脉瘤。
