相比非洲人，生活在高纬度、寒冷地区的人们更容易患偏头痛，其中既有环境因素也有遗传因素。德国研究人员发现，代号TRPM8基因的一种变体在寒冷地区人群中更为常见。例如，芬兰人祖先中88%携带这种基因变体，而尼日利亚人祖先只有5%携带。这种基因变体令人们更容易感知寒冷，对偏头痛也更为敏感。
通过分析18个国家的人口数据，发现这种基因变体可能在2.65万年前开始传播，当时正值人类从温暖非洲向寒冷欧洲迁徙的鼎盛时期。如果没有携带这种基因变体，就不能敏锐感知寒冷，刚刚迁徙到欧洲的远古人类便难以生存。存活下来的远古人类把这种基因变体遗传给自己的后代，连同偏头痛这种“副产品”。美国一项对大鼠进行的研究则首次证实钠质子交换剂NHE1在偏头痛中的作用。
NHE1调节质子和钠离子穿过包括构成血脑屏障在内的细胞膜的运输过程。当NHE1功能不正常时，导致疼痛信号增加，也可以直接改变偏头痛药物穿过血脑屏障的能力。研究发现，雄性大鼠脑中的NHE1表达水平高出雌性4倍。在雌性大鼠中，最高的雌激素水平与形成脑中血管的内皮细胞中表达的NHE1最低水平相对应。这一结果验证了现实中女性更易患偏头痛且对治疗的反应较差的事实。