產生疼痛的直接因素，在缺血缺氧的情況下，乳酸、丙酮酸、磷酸等酸性物質堆積在心肌內，或者像激肽一樣的多肽類物質，刺激心臟內植物神經傳入纖維末梢，經過1~5胸交感神經節和相應的脊髓段，產生疼痛感。這種痛感反映在與植物神經進入水平相同脊髓段的脊神經分佈的皮膚區域，胸骨後和兩臂前兩側和小指，特別是左側，多不在心臟解剖位置。有人認爲，在缺血區內富有神經供應的冠狀血管異常牽引或收縮可以直接產生疼痛衝動。
對心臟進行機械刺激不會引起疼痛，但心肌缺血和缺氧會引起疼痛。當冠狀病毒的供血與心肌需血之間產生矛盾時，冠狀病毒的血流量無法滿足心肌代謝的需要，導致心肌急劇、暫時性缺血和缺氧時，即心絞痛。
心肌氧的消耗量由心肌張力、心肌收縮強度和心率決定，因此常用心率×收縮壓(即雙重乘積)作爲估計心肌氧的指標。心肌能量的產生需要大量的氧氣供應。心肌細胞攝取血液氧含量的65~75，身體其他組織只攝取10~25。因此，心肌平時吸收血液中的氧氣接近最大量，氧氣供應再次增加時，從血液中攝取更多的氧氣是困難的，只能通過增加冠狀動脈的血流量來提供。通常情況下，冠狀循環具有較大的儲備能力，其血流量可根據身體生理狀況發生顯着變化的激烈體力活動時，冠狀動脈適當擴張，血流量增加到休息時的6~7倍。缺氧時，冠狀動脈也擴張，血流量增加4~5倍。動脈粥樣硬化導致冠狀動脈狹窄或部分支堵塞時，其擴張性減弱，血流減少，心肌供血量相對固定。
如果心肌的血液供應減少到心臟平時的需要，休息時就沒有症狀。心臟負荷突然增加，如疲勞、興奮、左心衰竭等，心肌張力增加(心腔容積增加、心室舒張末期壓力增加)、心肌收縮力增加(收縮壓力增加、心室壓力曲線的最大壓力隨時間變化率增加)和心率增加等心肌氧消耗量增加時，心肌對血液的需求增加，或者冠狀動脈發生痙攣(吸菸過度或神經液調節障礙等)時，冠狀動脈血流量進一步減少，或者突然發生循環血流量減少的情況下(休克、極度心動過速等)嚴重貧血的患者，在心肌供血量沒有減少的情況下，紅細胞減少血液攜帶氧量不足引起心絞痛。
多數情況下，勞累引起的心絞痛經常發生在同一個心率×收縮壓值的水平上。
