Có nhiều yếu tố liên quan tới cơ chế bệnh sinh của chấn thương sọ não như yếu tố cơ học, yếu tố động lực học của dịch não tủy, yếu tố huyết quản, yếu tố thần kinh thể dịch và yếu tố xung động thần kinh.
Trước hết phải có một lực chấn thương vào đầu đủ mạnh mới có thể gây tổn thương xương sọ và não. Do vậy tác nhân cơ học được coi là yếu tố cơ bản, là yếu tố “khởi động” cho các quá trình bệnh lý ở não xảy ra.
Trên cơ sở tổn thương não tiên phát (giập não hoặc máu tụ) xảy ra ngay sau chấn thương sẽ dẫn tới tổn thương não thứ phát là do hậu quả của rối loạn vận mạch, rối loạn thần kinh thể dịch... dẫn tới phù não và làm cho áp lực nội sọ tăng cao. Hậu quả tăng áp lực nội sọ dẫn tới tụt kẹt não. Tổn thương não tiên phát và thứ phát làm cho tình trạng bệnh ngày một trầm trọng hơn.
Đầu đứng yên: trong trường hợp bị đánh bằng vật cứng vào đầu (bị ném đá, đập gậy...), tổn thương xương sọ và não (giập não hoặc máu tụ...) thường ở ngay dưới chỗ bị đánh và tổn thương thường không phức tạp lắm. Ngoại trừ trường hợp bị đánh vào vùng chẩm gáy BN có thể Tu vong ngay sau khi bị thương.
Đầu chuyển động: trong trường hợp bị ngã do T*i n*n giao thông hoặc ngã từ trên cao xuống... tổn thương xương sọ và não thường nặng và phức tạp.
Khi ngã, đầu chuyển động tăng tốc (accéleration), khi đầu chạm xuống đường bị chặn đứng lại và giảm tốc đột ngột (déceleration) nên hộp sọ thay đổi và biến dạng tức thì dẫn tới vỡ xương sọ.
Khi tăng tốc và giảm tốc đột ngột làm cho não trong hộp sọ trượt trên các gờ xương đồng thời xoay, xoắn vặn, giằng xé gây tổn thương não nặng nề và phức tạp như giập não lớn, giập thân não, đứt rách các mạch máu...
Trong chấn thương mà đầu chuyển động hay gặp tổn thương đối bên (contre coup), ví dụ: chấn thương vùng đỉnh đầu bên trái, ngay dưới chỗ chấn thương có thể giập não nhưng vùng đỉnh bên phải có thể có máu tụ.