Đột quỵ thiếu máu não xảy ra do một nhóm nguyên nhân không đồng nhất nhưng có điểm chung là cuối cùng đều dẫn tới biểu hiện lâm sàng do tắc mạch làm mất dòng máu nuôi. Điều này dẫn đến nhồi máu não với kích thước tùy thuộc vào độ rộng, thời gian, và độ nặng của thiếu máu cục bộ. Nhồi máu não do tắc động mạch được chia theo hình ảnh đại thể thành nhồi máu trắng và nhồi máu đỏ (nhồi máu xuất huyết) (Garcia và cộng sự, 1998). Với giải phẫu đại thể, dạng nhồi máu trắng chứa ít hoặc không có chấm xuất huyết trong khi dạng đỏ đặc trưng bởi máu đại thể. Dạng thứ hai này tương đương với nhồi máu chuyển dạng xuất huyết, tức nhồi máu với hiện tượng rò rỉ hồng cầu vào vùng mô não thiếu máu và đang chết, và không nên lẫn lộn với máu tụ trong nhu mô là hiện tượng khối máu tụ lại một các đồng nhất và thường xảy ra do vỡ một mạch máu. Các nghiên cứu hình ảnh học não liên tiếp ở các bệnh nhân nhồi máu não cấp đã cho thấy chuyển dạng xuất huyết ở một nhồi máu lúc đầu là trắng có thể xảy ra tới 80% số bệnh nhân (Hart và Easton, 1986; Lyden và Zivin, 1993; Mayer và cộng sự, 2000). Nguy cơ chuyển dạng xuất huyết và tụ máu nhu mô sớm tăng lên mạnh khi sử dụng thuốc tiêu sợi huyết hoặc kháng đông trong đột quỵ thiếu máu não cấp (Larrue và cộng sự, 1997).
có thể ở mức đe dọa tính mạng do đẩy lệch và chèn ép các cấu trúc lân cận. Giữa ngày 5 và ngày 10, vùng não bị nhồi máu trở nên khác biệt rõ với mô não bình thường. Giai đoạn mạn tính, xảy ra vài tuần tới vài tháng sau khởi phát, thể hiện bằng một khoang chứa dịch xảy ra do tái hấp thu các sản phẩm hoại tử, do đó được gọi là hoại tử hóa nước.