脑栓塞被称为血栓栓塞性脑梗死，它是由于多种疾病所产生的各种栓子随着血流进入脑血管，使脑血管发生急性闭塞，引起相应的供血区脑组织缺血坏死以及脑功能障碍。
临床上统计约有20%的缺血性脑卒中，它的病因是脑栓塞。根据栓子的来源不同，可以分为心源性、非心源性和来源不明的三类。脑栓塞所引起的病理改变和脑血栓基本相同，但脑栓塞可以多发，而且出血性脑梗死常见。这主要是因为栓塞发生时，血管壁因为缺血缺氧而受损，当栓子碎裂前行，血流恢复时受损的血管容易发生渗血导致的。
此外，有时固体栓子形态欠规则，栓塞时不能将血流完全闭阻，少量的血流可以通过栓塞所损伤的血管壁流出，脑栓塞的病变范围，受栓子的大小以及侧肢循环的影响，一般比血栓面积大，水肿更严重，面积较大者有时候可导致脑疝。
脑栓塞可以多发，当栓子来源并未消除时，还可反复发生，并可同时出现肺部、脾脏以及肾脏等重要脏器以及末梢动脉，皮肤粘膜栓塞，炎性栓子也可以引起脑炎，动脉炎甚至脑脓肿、细菌性动脉瘤或在血管中发现细菌性栓子。脂肪栓塞常常多发生在小动脉，引起小栓塞，大脑白质可见弥散性的瘀斑和水肿。在显微镜下可以看到毛细血管中有脂肪球，周围有环状出血。