O sangue é fornecido para o cérebro por meio de dois pares de grandes artérias:

As artérias carótidas internas, que levam o sangue do coração ao longo da frente do pescoço

As artérias vertebrais, que levam o sangue do coração ao longo da parte de trás do pescoço

No crânio, as artérias vertebrais se unem para formar a artéria basilar (na parte de trás da cabeça). As artérias carótidas internas e a artéria basilar se dividem em vários ramos, incluindo as artérias cerebrais. Alguns ramos se unem para formar um círculo de artérias (polígono de Willis), que liga as artérias vertebrais e carótidas internas. Outras artérias se ramificam a partir do polígono de Willis, como estradas de uma rotatória. Os ramos levam o sangue para todas as partes do cérebro.

Quando as grandes artérias que irrigam o cérebro sofrem uma obstrução, algumas pessoas não apresentam sintomas ou sofrem apenas um acidente vascular cerebral leve. Mas outras pessoas com o mesmo tipo de obstrução apresentam um acidente vascular cerebral isquêmico maciço. Por quê? Parte da explicação são as artérias colaterais. As artérias colaterais correm entre outras artérias, proporcionando conexões extras. Essas artérias incluem o polígono de Willis e as conexões entre as artérias que se ramificam a partir do polígono. Algumas pessoas nascem com grandes artérias colaterais, que podem oferecer proteção contra acidentes vasculares cerebrais. Então, quando uma artéria é bloqueada, o fluxo de sangue continua através de uma artéria colateral, às vezes impedindo um acidente vascular cerebral. Outras pessoas nascem com pequenas artérias colaterais. As pequenas artérias colaterais podem ser incapazes de passar bastante sangue para a área afetada, por isso resulta em acidente vascular cerebral.

O corpo também pode se proteger contra acidentes vasculares cerebrais pelo crescimento de novas artérias. Quando os bloqueios se desenvolvem lenta e gradualmente (como ocorre na aterosclerose), novas artérias podem surgir com o tempo para manter o fornecimento de sangue para a área afetada do cérebro e, assim, evitar um acidente vascular cerebral. Se um acidente vascular cerebral já ocorreu, o crescimento de novas artérias pode ajudar a evitar um segundo acidente vascular cerebral (mas não podem reverter o dano que foi feito).