Vaikeiden päänsärkyjen ja pahoinvoinnin välillä on useita mahdollisia yhteyksiä. Joskus päänsärky itsessään aiheuttaa pahoinvointia, etenkin migreenin tapauksessa. Muissa tapauksissa ne voivat olla kaksi erillistä oireita yleisestä häiriöstä tai tilasta. Monet virukset ja muut vatsaan vaikuttavat sairaudet voivat myös aiheuttaa päänsärkyä, ja tämä on yksi tärkeimmistä yhteyksistä.
Kun useimmat ihmiset kuvaavat voimakasta päänsärkyä ja pahoinvointia suoraan toistensa kanssa, he puhuvat migreenistä, ja on olemassa jonkin verran tutkimusta siitä, miten tämä yhteys toimii. Migreeni johtuu yleensä aivojen verisuonten turvotuksesta, ja tällainen turvotus näyttää liittyvän serotoniinitasoihin. On myös tutkimuksia, jotka viittaavat siihen, että alennettu serotoniinitaso voi saada ihmiset pahoinvoimaan. Kaikki ihmiset, joilla on migreeni, kärsivät pahoinvoinnista, mutta se on hyvin yleistä. Joskus migreeniin liittyvä pahoinvointi laukaisee liikkeen, ja joskus sillä ei ole muuta suoraa syytä kuin itse migreeni.
Toinen yleinen tila, jossa vakavia päänsärkyä ja pahoinvointia voi esiintyä samanaikaisesti, on krapula. Monet ihmiset, jotka käyttävät alkoholia, voivat kokea erittäin epämiellyttävän tilan alkoholin kulumisen myötä. Tämä tuntuu yleensä seuraavana aamuna heräämisen jälkeen. Sillä on joitain yhteisiä oireita migreenin kanssa, kuten herkkyys valolle ja äänelle sekä vakavia päänsärkyjä ja pahoinvointia.
On monia viruksia ja bakteeri -infektioita, jotka aiheuttavat samanaikaisesti vakavia päänsärkyjä ja pahoinvointia. Esimerkiksi influenssan tiedetään aiheuttavan molemmat oireet. Tämä johtuu osittain siitä, että molemmat oireet ovat ilmentymiä immuunijärjestelmästä, joka taistelee sairautta vastaan. Kun henkilö tarttuu, yksi immuunijärjestelmän reaktioista on usein kuume, ja kuume voi mahdollisesti aiheuttaa päänsärkyä. Toinen tapa, jolla keho voi käsitellä vieraita hyökkääjiä, on karkottaa asiat oksentelun ja ripulin kautta, joten henkilö voi myös pahoinvoida.
Ihmiset, jotka kokevat voimakasta päänsärkyä ja pahoinvointia, hoitavat yleensä kutakin sairautta erikseen. Useimmat lääkkeet, jotka auttavat hallitsemaan päänsärkyä, eivät ole erityisen hyödyllisiä pahoinvointiongelmille ja päinvastoin. Joskus on mahdollista keskittyä hoitoon taustalla olevaan tilaan, ja jos tämä lähestymistapa onnistuu, oireet yleensä myös häviävät. Jotkut yleiset lääkkeet, jotka auttavat päänsärkykipuihin, ovat ei-steroidiset tulehduskipulääkkeet (NSAID), asetaminofeeni ja erityiset reseptilääkkeet. Pahoinvoinnin hoidot vaihtelevat merkittävästi sairauden taustalla olevan syyn mukaan, mutta ne voivat sisältää asioita, kuten prometatsiinihydrokloridia.