对心脏予以机械性刺激并不引起疼痛，但心肌缺血与缺氧则引起疼痛。当冠状动脉的供血与心肌的需血之间发生矛盾，冠状动脉血流量不能满足心肌的代谢的需要，引起心肌急剧的、暂时的缺血与缺氧时，即产生心绞痛。
心肌缺血引起心绞痛的机制并不完全清楚。目前认为，短暂性心肌细胞缺血缺氧、局部酸中毒或血钾浓度增高，可激发腺苷、缓激肽、组织胺或5-羟色胺类物质的释放，刺激心脏内无鞘交感神经终板，冲动经心脏神经丛传至t1-t2交感神经节和相应的脊髓段，再通过丘脑传入到大脑皮层而产生痛觉。至于放射至臂、颈及腹部的牵涉痛，可能系次级神经元的共同通路所引起。过度的冲动可刺激次级神经元的共同通路，传到臂神经丛、颈神经根等而产生相应部位的疼痛。
一些患者发生心肌缺血，并无疼痛发生，其机理还不清楚。糖尿病患者的无痛性心肌缺血可能与自发性神经变性有关。一些患者心肌梗死后不再发生心绞痛，则可能与梗死区域神经末梢损害有关。
