A dura-máter é a cobertura forte e flexível da medula espinhal dentro dos ossos da coluna. Certos procedimentos médicos requerem uma agulha para perfurar a dura-máter, e outras técnicas médicas podem perfurá-la acidentalmente. Como a dura-máter contém o líquido cefalorraquidiano (LCR) que banha e protege os nervos dentro da coluna e do cérebro, danos a ela podem causar vazamento de LCR. Uma dor de cabeça pode ocorrer se o vazamento diminuir a pressão dentro da dura-máter, e essa dor de cabeça pós-punção dural pode durar semanas e causar desconforto e dor durante esse período. Os procedimentos que apresentam uma chance de cefaléia pós-punção dural incluem epidurais para parturientes e punções lombares para fins de teste.
A coluna vertebral humana é composta de estruturas ósseas ocas por dentro. Os nervos percorrem as cavidades dos ossos, e esses nervos são circundados e protegidos pelo LCR. Fora dos nervos está a camada dura, que é composta por fortes fibras de tecido conjuntivo. Normalmente, a dura-máter permanece intacta, a menos que seja danificada por lesão ou pela inserção de agulhas espinhais.
Alguns exames médicos envolvem o uso de agulhas para atingir a área interna da coluna vertebral. Para mulheres em trabalho de parto submetidas a epidurais, a agulha deve entrar no espaço epidural ao redor da dura-máter, e não na dura-máter. Pessoas que precisam de anestésicos para procedimentos médicos ou para o controle da dor também podem receber injeções espinhais. Alguns casos, como aqueles que podem estar sofrendo de meningite, exigem uma punção deliberada da dura-máter para que o médico possa remover uma amostra de LCR para verificar se há infecção.
Quer a dura-máter seja perfurada deliberadamente ou acidentalmente, a cefaleia pós-punção dural tem uma tendência relativamente alta de ocorrer como efeito colateral. Quando as técnicas de injeção espinhal foram usadas pela primeira vez no final do século 19, as dores de cabeça pós-punção dural eram muito comuns. À medida que as agulhas se tornavam menores e eram feitas com designs menos propensos a causar danos acidentais, o risco de dores de cabeça diminuía. Em pacientes, o maior risco existe para pessoas submetidas a punção dural deliberada, seguido por mulheres recebendo epidurais. O risco para pessoas que recebem anestesia na região espinhal tende a ser muito menor do que em outros procedimentos.
A partir de 2011, não se sabe exatamente como uma punção dural produz uma cefaléia pós-punção dural. Uma redução na pressão do LCR parece ser uma causa, mas as razões para a dor de cabeça não são definitivas. Uma possibilidade é a diminuição do suporte físico para estruturas cerebrais, que podem produzir sinais de dor quando não são suportados normalmente. Alternativamente, a redução da pressão do LCR resulta em aumento do diâmetro do vaso sanguíneo, que também é capaz de produzir dor na cabeça.