Aivoinfarkti syntyy, kun verihyytymä tukkii aivovaltimon. Kun aivovaltimo tukkeutuu, sen ympärillä oleva aivokudos ei saa enää happea. Muutamien tuntien sisällä aivokudos vaurioituu pysyvästi ja menee kuolioon eli syntyy infarkti. Kuvassa ylempi nuoli osoittaa infarktia (merkitty violetilla värillä) ja alempi verihyytymää.

Aivoinfarktissa vaurio on pysyvä, mutta TIA-kohtauksessa aivoverenkierto korjautuu niin että pysyvää vauriota ei kehity.

Aivovaltimon tukkeutuminen voi johtua monesta eri syystä. Yleisimmät syyt ovat pienten aivoverisuonten tauti  (kuvan kohta 1), valtimonkovettumatauti kaulavaltimoissa (kohta 2) tai suurissa aivoverisuonissa, ja sydänperäinen veritulppa (kohta 3).

Muita harvinaisempia aivoinfarktin syitä ovat kaulavaltimon dissekoituma (valtimon sisäkerroksen repeämä), kallonpohjavaltimon tukos, aivovaskuliitit (aivoverisuonen tulehdus), perinnöllinen veren hyytymistaipumus ja huumeiden käyttö. Joka kolmannen aivoinfarktin syy ei perusteellisissakaan tutkimuksissa selviä.

Aivoinfarktin aiheuttama oire riippuu aivovaltimotukoksen sijainnista. Mikäli vaurio on esimerkiksi käden toiminnasta vastaavalla aivoalueella, seurauksena on käden toimintahäiriö (halvaus tai tunnottomuus).

Aivoinfarktin hoito riippuu sen syystä ja siksi syy yritetään selvittää nopeasti sairastumisen jälkeen.