W udarach niedokrwiennych patomechanizm jest zróżnicowany, najczęściej dochodzi do zamknięcia tętnicy i ograniczenia dopływu krwi do fragmentu mózgu. Używana jest klasyfikacja TOAST, która dzieli przyczyny na pięć głównych kategorii: Makroangiopatia – przyczyną jest miażdżyca dużych i średnich naczyń, tętnicy szyjnej wspólnej, wewnętrznej, kręgowej lub tętnic wewnątrzczaszkowych. Stanowi około 20% udarów niedokrwiennych. Dochodzi do ograniczenia przepływu krwi w tętnicach na skutek obecności blaszki miażdżycowej. Blaszka może rosnąć aż do całkowitego ograniczenia przepływu, lub oderwać się, i stworzyć zator tętniczo-tętniczy. Zazwyczaj obejmuje zmiany korowe lub podkorowe o średnicy większej niż 1,5 cm. Zatorowość sercopochodna – dochodzi do powstania skrzepliny w sercu, która na skutek oderwania się od ściany serca lub zastawki kieruje się do mózgu i powoduje zablokowanie światła naczynia. Najczęstsze przyczyny takiego stanu to migotanie przedsionków, obecność wszczepionej zastawki mechanicznej, zapalenia wsierdzia i śluzak. Taka etiologia stanowi około 20% udarów niedokrwiennych. Zawały kardiogenne związane z migotaniem przedsionków mają gorsze rokowanie niż te związane z miażdżycą.