头为诸阳之会，脑为清净之腑，五脏六腑之精气皆上注于头，若外邪侵袭，气滞血瘀则致络道不通，清窍、脑络失养，皆可致头痛。《内经》云：“气上不下，头痛巅疾”，“脑逆故令头痛”。
川芎为治疗头痛的要药。张元素称川芎“上行头目，下行血海，能散肝经之风，治少阳厥阴经头痛，及血虚头痛之圣药也”。李东垣也认为“头痛需用川芎，如不愈，各加引经药”。临床之际头痛以川芎配伍其他药疗效显著。
外感头痛
外感头痛，以风邪为主，经云：“风从外入，令人振寒，汗出头痛。”高巅之上，唯风可到，川芎能直上巅顶，去除风邪，舒展清空之阳，使气血得以上下，头痛自解。然“风为百病之长”，风邪多夹杂它邪。风寒头痛治以川芎茶调散，以川芎为主药，配荆芥、薄荷、羌活、细辛、白芷、防风、甘草；风热头痛用川芎配菊花、石膏、僵蚕；风湿头痛以川芎合藿香正气散以祛风散湿。
瘀血头痛
瘀血头痛，多因久病入络，血行不畅，瘀血内停，阻塞脑络，此证头痛多经久不愈，痛如锥刺，固定不移。临床常用血府逐瘀汤，疗效可靠，可重用川芎15~30克，川芎乃血中气药，上行头目，重用则破血行气，散结通痹，头痛愈捷。
血虚头痛
营血亏虚，不能上荣脑络所致头痛，历代医家每多推崇用川芎治疗，张元素称川芎是“血虚头痛之圣药”。李东垣也言川芎可“补血治血虚头痛”，“血虚头痛，当归，川芎为主”，“气血俱虚头痛，调中益气汤加川芎、蔓荆子、细辛，效如神”。王好古云：“川芎搜肝风，补肝血，润肝燥，补虚风。”川芎既能活血散瘀，又能补血养荣，故川芎入补养药中能鼓舞营血直上巅顶，常配伍当归、白芍、熟地、黄芪、枸杞子、女贞子、菊花等。
痰浊头痛
《金匮翼》曰：“痰厥头痛者，痰从脾而至胃也。夫脾为胃行其津液者也。脾病则胃中津液不得宣行，积而为痰，随阳明之经上攻头脑而作痛也。”川芎味薄气雄，上行可搜达脑络之痰浊，通利清窍之阳气。张景岳云：“痰厥头痛，平胃散加川芎、细辛、蔓荆子之类主之。”《局方》芎星汤则为痰浊头痛而设，药用乌头、南星、干姜、川芎、甘草、细辛、生姜，临床颇多效验。
阴虚头痛
医者云：“肾水不足，而邪火冲入于脑络致头痛，法当大补肾水而头痛自除。”笔者针对阴虚头痛常用熟地、玉竹、山茱萸、麦冬、五味子、玄参、当归、川芎，数剂即愈。此方将川芎用于大队滋水养阴药中，是借川芎上行之力引养阴药于巅顶脑络，以滋润脑髓，平熄虚火，头痛则愈。