Strok iskemia terjadi, akibat kehilangan bekalan darah ke sebahagian otak. Tisu-tisu otak tidak dapat berfungsi jika tidak mendapat oksigen selama melebihi 60-90 saat dan selepas beberapa minit, akan mengalami kecederaan yang tak berbalik atau penginfarkan, iaitu kematian tisu. Aterosklerosis boleh mengganggu bekalan darah ketika penyempitan salur-salur darah mengakibatkan pengurangan aliran darah melalui pembentukan darah-darah beku di dalam salur, atau melalui pembebasan embolus-embolus kecil melalui penyepaian plak-plak aterosklerosis. Penginfarkan embolus terjadi ketika embolus-embolus yang dibentuk di tempat lain dalam sistem peredaran, biasanya di jantung, tertanam dalam salur-salur darah otak dan menyumbatkannya.

Di kawasan tisu otak yang terjejas oleh iskemia, terdapat satu spektrum keterukan yang berbeza-beza antara bahagian tisu yang mati dengan segera dengan bahagian-bahagian lain yang hanya cedera dan berpotensi untuk dipulihkan. Kawasan iskemia yang mempunyai kemungkinan untuk tisunya dipulihkan dirujuk sebagai penumbra iskemia.

Ketika oksigen atau glukosa sudah habis di dalam tisu otak iskemia, penghasilan sebatian-sebatian fosfat bertenaga tinggi, seperti adenina trifosfat (ATP), akan gagal dan mengakibatkan kegagalan proses-proses yang bergantung kepada tenaga untuk kemandirian sel tisu. Ini mencetuskan satu siri kejadian yang saling berkait dan yang menyebabkan kecederaan dan kematian sel. Antara kejadian-kejadian ini adalah:

• kehilangan fungsi pam ion membran yang mengakibatkan ketakseimbangan elektrolit dalam sel-sel otak;
• pembebasan pengutus-pengutus saraf merangsang yang mempunyai kesan-kesan beracun pada kepekatan yang berlebihan;
• pembebasan radikal-radikal bebas oksigen yang bertindak balas dan memusnahkan sebilangan unsur-unsur sel; dan
• kegagalan mitokondria yang boleh mempercepatkan lagi penghabisan tenaga dan mencetuskan kematian sel, akibat apoptosis. [10]

Proses-proses ini adalah sama sahaja untuk mana-mana satu jenis tisu iskemia dan dirujuk bersama-sama sebagai lata iskemia. Bagaimanapun, tisu otak amat mudah terdedah pada bahaya iskemia kerana berbeza dengan kebanyakan organ yang lain, tisu ini tidak mempunyai banyak simpanan pernafasan dan bergantung sepenuhnya kepada metabolisme aerob.

Kemandirian tisu otak boleh diperbaik lagi sehingga setakat tertentu jika satu atau lebih proses tersebut disekat. Melalui uji-uji kaji, drug-drug yang, sebagai contoh, mengurangkan radikal bebas oksigen, menyekat apoptosis, atau menyekat pengutus-pengutus saraf eksitotoksik, terbukti dapat mengurangkan kecederaan tisu yang diakibatkan oleh iskemia. Agen-agen yang bertindak sebegini dirujuk sebagai pelindung saraf. Sehingga baru-baru ini, ujian-ujian klinikal pada manusia dengan agen-agen pelindung saraf telah gagal, mungkin dengan kekecualian keadaan koma barbiturat. Bagaimanapun baru-baru ini, NXY-059, terbitan disulfonil daripada fenilbutilnitrona (perangkap putar yang menghapuskan radikal) telah dilaporkan merupakan pelindung saraf untuk angin ahmar. [10]

Selain daripada kesan-kesan memudaratkan sel-sel otak, iskemia dan penginfarkan boleh mengakibatkan kehilangan kesempurnaan struktur bagi tisu-tisu otak dan salur-salur darah, sebahagiannya melalui pembebasan metaloprotease matriks yang merupakan enzim-enzim bersandar zink dan kalsium yang memecahkan kolagen, asid hialuronik, dan unsur-unsur lain di dalam tisu penghubung. Protease-protease lain juga menyumbang kepada proses ini. Kehilangan kesempurnaan struktur vaskular mengakibatkan keruntuhan rintangan otak darah perlindungan yang menyebabkan edema selebrum. Edema selebrum ini boleh mengakibatkan janjang sekunder kecederaan otak.

Seperti dalam mana-mana satu jenis kecederaan otak, sistem imun akan diaktifkan oleh penginfarkan serebrum dan dalam sesetengah keadaan, mungkin akan bertambah teruk kecederaan yang diakibatkan oleh penginfarkan. Melalui uji kaji, penyekatan tindak balas keradangan terbukti dapat mengurangkan kecederaan tisu yang diakibatkan oleh penginfarkan serebrum, tetapi keputusan ini tidak dapat dicapai dalam kajian-kajian klinikal.

Strok pendarahan mengakibatkan kecederaan tisu melalui pemampatan tisu daripada hematoma atau hematoma-hematoma yang berkembang, dan boleh mengherotbenyotkan dan mencederakan tisu. Selain itu, tekanan boleh mengakibatkan kehilangan bekalan darah kepada tisu yang terjejas, dengan akibat penginfarkan, dan darah yang dibebaskan oleh pendarahan otak kelihatan mempunyai kesan-kesan beracun kepada tisu otak dan vaskulatur. [10]