혈액은 다음과 같이 두 쌍의 큰 동맥을 통해 뇌로 공급됩니다.

내경동맥은 심장으로부터 목 앞부분을 따라 혈액을 전달합니다.

척추 동맥은 심장에서 목 뒷부분을 따라 혈액을 전달합니다.

척추 동맥은 두개골에서 합류하면서(머리 뒤쪽에 위치한) 뇌저동맥을 형성합니다. 내경동맥과 뇌저동맥은 대뇌 동맥을 비롯한 여러 줄기로 나뉘어집니다. 일부 줄기는 윌리스환을 형성하면서 척추 동맥과 내경동맥에 연결됩니다. 다른 동맥 줄기는 원형 교차로에서 갈라져 나온 도로처럼 윌리스환으로부터 갈라져 나옵니다. 동맥 줄기는 뇌의 모든 부분에 혈액을 전달합니다.

뇌에 혈액을 공급하는 큰 동맥이 차단될 경우 일부 환자에게서는 증상이 전혀 없거나 경미한 뇌졸중이 발생하기도 합니다. 그러나 유사한 방식으로 혈관이 차단된 다른 환자에게서는 심각한 허혈성 뇌졸중이 발생하기도 합니다. 왜 그렇죠? 그 이유 중 일부는 곁동맥으로 설명이 가능합니다. 곁동맥은 서로 다른 동맥 사이를 주행하면서 부가적인 연결을 제공합니다. 이러한 동맥에는 윌리스환 및 윌리스환에서 갈라져 나온 동맥 간의 연결이 포함됩니다. 어떤 사람들은 경우 선천적으로 곁동맥 크기가 큰 탓에 뇌졸중이 발생하지 않습니다. 이 경우 동맥 하나가 차단되더라도 곁동맥을 통해 혈류가 지속되므로 뇌졸중을 예방하는 효과가 있습니다. 그러나 어떤 이들은 작은 곁동맥을 타고나기도 합니다. 곁동맥 크기가 작으면 동맥 차단의 영향을 받는 부위에 충분한 혈액을 공급하지 못하여 뇌졸중이 발생합니다.

또한 신체는 새 동맥의 크기를 확장해서 뇌졸중으로부터 신체를 보호할 수도 있습니다. 죽상동맥경화증의 경우와 같이 차단이 서서히 점진적으로 발생할 경우, 새 동맥의 크기가 확장되어 뇌에 영향을 미치는 부위에 혈액을 공급하여 뇌졸중을 막습니다. 뇌졸중이 이미 발생한 경우, 새 동맥이 확장되면 2차적인 뇌졸중 예방에 도움이 됩니다(그러나 이미 발생한 손상을 되돌릴 수는 없습니다).