Il principale limite delle prime teorie vascolari è l'attribuzione del dolore ad una condizione di vasodilatazione intra ed extracranica. Per tale ragione la ricerca è stata rivolta all'identificazione di sostanze che, diffondendosi nel territorio perivascolare, sono responsabili di una vasodilatazione dolorosa. Tali sostanze vaso e neuro-attive prodotte in seguito a stimoli di varia natura (metabolica, neurale, ematica), sarebbero responsabili di una riduzione della soglia di stimolazione dei nocicettori a livello dei vasi e delle meningi e della conseguente trasmissione degli impulsi nocicettivi alle stazioni corticali e sottocorticali deputate alla processazione e all'integrazione della trasmissione nocicettiva (Pini-Sarchielli-Zanchin, 2010). Nell'ambito delle ipotesi biochimiche, negli anni novanta, numerosi studi sono stati rivolti ai fattori di origine endoteliale e in particolare all'endotelina 1 (ET-1), il più potente agente vasocostrittore prodotto dall'endotelio, e al Fattore di Rilassamento Endoteliale (EDRF), successivamente identificato nell'ossido nitrico (NO). (Trattato cefalee). Un incremento significativo dei livelli di ET-1 è stato rilevato nel periodo critico in soggetti con emicrania (con e senza aura); ciò suggerisce l'intervento di tale sostanza nelle modificazioni del tono vascolare osservate nelle prime fasi dell'attacco emicranico o nel potenziamento della vasocostrizione indotta da altri neurotrasmettitori (quali noradrenalina e serotonina). La persistenza di elevati livelli di ET-1 anche alcune ore dopo l'inizio dell'attacco, permette di ipotizzare che tale fattore sia prodotto al fine di controbilanciare gli effetti vasodilatatori di neurotrasmettitori ad azione vasoattiva, prodotti in seguito all'attivazione del sistema trigemino-vascolare e quelli mediati dalla prostaciclina e dall'NO (Gallai et al 1994).L'NO è considerato uno dei maggiori candidati responsabili dell'induzione e del mantenimento delle modificazioni vascolari e del dolore cefalico nell'emicrania.Numerose evidenze sperimentali suggeriscono un'aumentata produzione di NO e del suo mediatore intracellulare guanilatomonofosfato ciclico (GMPc) a livello plasmatico e monocitario e un aumento della sua escrezione urinaria durante gli attacchi emicranici (Gallai et al 1996, Stirparo et al 2000. Esso interviene nell'induzione del rilasciamento della muscolatura vascolare e quindi della vasodilatazione, sia direttamente come prodotto delle cellule endoteliali, sia attraverso l'induzione del rilascio del peptide correlato al gene della calcitonina (CGRP) che a sua volta può stimolare la produzione endoteliale di NO. L'NO interviene anche nella processazione degli stimoli dolorifici come potenziatore delle vie glutammatergiche a livello del nucleo caudale del trigemino, del nucleo del rafe magno, del talamo e della neocorteccia. (Pini-Sarchielli-Zanchin, 2010).  