アイスクリーム頭痛には二説ある。

三叉（さんさ）神経などの中枢神経を通じて脳に伝わる説。

　本来は口の中が冷たいという情報だけが脳に伝わるはずだが、刺激が強すぎると、神経の中継場所で情報が混乱してしまうようである。冷たさを伝える神経だけでなく、痛みを伝える神経も刺激されてしまう。しかも痛いのが口の中でなく、こめかみやおでこの裏あたりという、場所まで間違った情報が脳に伝わってしまうもの。

頭の血管に、一時的に炎症がおきる説。

　冷たいという強い刺激が引き金になって、冷えてしまった口内を温めるために血量を増やそうとして、頭の血管が急に太くなると、頭の血管に軽い炎症が一時的におきるからといわれる。食べて数十秒くらいたってからキーンと痛くなるのは、炎症がおきるのに時間がかかるため。

頭痛そのものがすぐに治まってしまうために、研究が進まないといわれている。