脑血流供应来自二个动脉系统：颈内动脉系统和椎基底动脉系统
一、颈内动脉系统（脑前循环）
每侧颈总动脉分叉为颈外动脉和颈内动脉，后者在颈部没有分支，垂直上升至颅底，穿颞骨岩部经颈动脉管抵岩骨尖，通过破裂孔入颅内，穿硬脑膜经海绵窦，依次分出眼动脉、后交通动脉、脉络膜前动脉，在视交叉两旁分为两个终支：大脑前动脉和大脑中动脉。颈内动脉系统供应额叶、颞叶、顶叶和基底节等大脑半球前3/5部分的血流，故又称前循环。
（一）脉络膜前动脉为颈内动脉分为大脑前、中动脉前或从大脑中动脉近端发出的大穿通支。它先发出些小穿通支供应尾状核、内囊一部分及大脑脚、外侧膝状体的一半。
（二）大脑前动脉有人称为大脑内动脉。由颈内动脉发出后，在额叶眶面向内前方行走。有前交通动脉吻合两侧大脑前动脉。沿途发出的穿通支主要供应下丘脑、尾状核和豆状核前部以及内囊前肢。皮质支主要供应大脑半球内侧面顶枕裂以前的全部；大脑半球背外侧面的额上回、额中回上半、中央前后回的上1/4、旁中央小叶等。
（三）大脑中动脉实际上是大脑外动脉，是颈内动脉的直接延续，分出后进入外侧裂，发出很多细小穿通支，供应壳核、尾状核以及内囊后支前3/5（相当锥体束通过处），这些分支称为外侧豆纹动脉，是高血压、脑出血和脑梗塞的好发部位。大脑中动脉主干分出许多皮质支分布于大脑半球外侧面的大部分。

二、椎基底动脉系统（脑后循环）
（一）椎动脉由锁骨下动脉发出，通过上部六个颈椎横突孔，在寰枕关节后方成环状，经枕骨大孔入颅后，两侧椎动脉立即发出分支组成脊髓前动脉。椎动脉发出长旋支小脑后下动脉，供血延髓后外侧和小脑半球下部。其短旋支和旁中央支供应延髓其余部分。
（二）基底动脉两侧椎动脉逐渐向中线靠近，合成一条基底动脉，两侧发出多支旁中央支，供应中脑、桥脑、主干延伸至脑桥上缘水平，分叉成为左右大脑后动脉。
（三）大脑后动脉 围绕大脑脚和小脑幕切迹水平的中脑，两侧大脑后动脉向上呈环状，并发出多支丘脑穿通支、丘脑膝状体穿通支和脉络膜后、内动脉。其他穿通支供应丘脑结节、前乳头体和邻近的间脑结构。椎基动脉系统主要供应脑后部的2/5、包括脑干、小脑、大脑半球后部以及部分间脑，故又称后循环。两大动脉系统分支大体分为两类：
（1）穿通支又称深支或中央支、旁中央支，主要由脑底动脉环，大脑中动脉近侧段及基底动脉等大分支直接发出，随即垂直穿入脑实际，供应间脑、纹状体、内囊和脑干基底部的中线两侧结构。
（2）皮质支或旋支。这类分支在脑的腹面绕过外侧至背面，行程较长，主要供应大脑半球皮质及皮质下白质与脑干的背外侧。供应壳核、丘脑、内囊部分的中央支及供应桥脑的旁中央支是高血压性脑出血和脑梗塞的好发部位。

三、脑动脉的侧支循环
（一）脑底动脉环（Willi's环）虽然颈内动脉系统与椎基底动脉系统是两个独立的供血系统，但彼此还存在广泛的侧支循环，其中最重要的是脑底动脉环（Willi's环）。两侧大脑前动脉由一短的前交通动脉互相连接；两侧颈内动脉和大脑后动脉各由一后交通动脉连接起来，共同组成脑底动脉环。在正常情况下，组成环的各动脉内血流方向一定，相互并不混和，只是在某动脉近端血流受阻，环内各动脉间出现压力差时，脑底动脉环才发挥其侧支循环作用。因此要认识单支脑动脉闭塞可能出现什么症状，就必须了解脑底动脉环的状况。脑底动脉环可发生多种先天变异，有可能使侧支循环不能迅速、有效地发挥作用。这是脑梗塞发生的重要影响因素之一。据统计该环完整者仅50%。有报道，死于非脑梗塞疾病的病人，正常环为52%，而脑梗塞病人只有33%。另有人报道，此环的异常发生率达79%。此环最异常的为颈内动脉发出的后交通动脉细小及大脑后动脉由颈内动脉分出。在一组未经选择的尸检中，后交通动脉直径小于1mm的为32%；大脑后动脉的一侧或二侧由颈内动脉发出的为30%，其它常见的异常有前交通动脉发育不全，占29%，前交通动脉增为二支的占33%。颈内动脉与前交通动脉间的大脑前动脉仅为一细支的为13%。在一组脑梗塞病人中，后交通动脉直径小于1mm的占38%，而没有梗塞的占22%，大脑后动脉起自于颈内动脉的占29%，而正常的为15%。在另一组报道中，脑梗塞细小后交通动脉的为59%，较非脑梗塞病人（39%）多得多，无一侧或两侧后交通动脉或仅留残迹者，高达15%；大脑前动脉融为单支或分成3支达12%；有15%人的大脑后动脉来自前循环颈内动脉系统，而非来自后循环。

（二）其他侧枝循环 除脑底动脉环外，还存在其他部位的脑动脉吻合，可以起侧支循环作用。
（1）在大脑表面大脑前、中、后动脉皮质支之间彼此交通，密如蛛网；
（2）颈内、外动脉围绕眼、耳、鼻的深浅分支互相吻合；
（3）大脑动脉皮质支与脑膜动脉（颈外动脉分支）分支也存在丰富的侧支吻合，当颈内动脉狭窄或闭塞时可起重要作用。
（4）中面支常被认为是终末动脉，实际上，相邻中央支间也存在丰富的血管吻合，只是吻合支细小，不能完成有效的侧支循环。前、后循环分水岭在皮质位于顶、颞、枕交界处，在深部则在丘脑水平。侧支循环开放的有效性还决定于主血管闭塞的。