Le cefalee secondarie sono classificate in base alla loro eziologia e non sui loro sintomi. Secondo la classificazione ICHD-2, i principali tipi di mal di testa secondari includono quelli che sono dovuti a traumi alla testa o al collo, come il colpo di frusta, un ematoma intracranico, ad una craniotomia o ad altre lesioni alla testa o al collo. Il mal di testa causato eventi vascolari cranici o cervicali, quali l'attacco ischemico e l'attacco ischemico transitorio, l'emorragia intracranica non traumatica, malformazioni vascolari o arterite è anche definito come cefalea secondaria. Questo tipo di mal di testa può anche essere causato da trombosi venosa cerebrale o diversi disturbi vascolari intracranici. Altre cefalee secondarie sono quelle dovute a disturbi intracranici non vascolari come la bassa o alta pressione del liquido cerebrospinale, malattia infiammatoria non infettiva, neoplasia intracranica, attacco epilettico o altri tipi di disturbi o malattie intracraniche ma che non sono associato al sistema vascolare del sistema nervoso centrale. L'ICHD-2 classifica come cefalea secondaria anche i mal di testa che sono causati dall'ingestione di una determinata sostanza o dalla mancanza di essa. Questo tipo di mal di testa può derivare da un uso eccessivo di alcuni farmaci o dall'esposizione ad alcune sostanze. L'AIDS, le infezioni intracraniche e le infezioni sistemiche possono causare cefalee secondarie. Per l'ICHD-2 sono cefalee secondarie anche le situazioni associate a disturbi dell'omeostasi come quelle causate da emodialisi, ipotiroidismo, ipertensione e da digiuno. Le cefalee secondarie, secondo lo stesso sistema di classificazione, possono anche essere dovute alla presenza di una patologia a qualsiasi struttura facciale, tra cui: denti, mascella o arcata temporo-mandibolare. I mal di testa causati da disturbi psichiatrici, come disturbi di somatizzazione o psicosi, sono anch'essi classificati come cefalea secondaria.