心原性脳塞栓症は，心房細動（AF）などの心疾患により心臓内に血栓が形成され，その一部が血流に乗り，脳の動脈に詰まって起こる脳梗塞。
心原性脳塞栓症は，塞栓子により突如血管が閉塞されるため，突発的に発症し，短時間で症状が完成する．側副血行路の発達が悪いため広範囲な梗塞巣となり，重篤な症状を呈する．脳梗塞の3つのタイプの中で最も予後不良である．
心原性脳塞栓症では，側副血行路が発達する間もなく急激に発症するため，比較的境界明瞭な楔形の大きい梗塞を認めることが多い．多発性のこともある．
MRAでは動脈硬化はみられないか，あっても軽度で，血行の途絶・塞栓子がみられることがある（再開通すればこれらの所見は消失する）。心原性脳塞栓症の診断には，経胸壁心エコー，経食道心エコー，心電図，ホルター心電図などによる心疾患・心内血栓の検出が必要である．
心原性脳塞栓症の原因となる塞栓子は左心系，特に左房内に形成されることが多い．心房，心室内の血栓や疣腫発見するためには心エコー検査を行う．特に左心耳に形成された血栓は通常の経胸壁心エコーでは観察できないため，経食道心エコーを使用して観察する．
心原性脳塞栓症では，突然の血管閉塞に対して線溶系の亢進などが起こり，閉塞した血管が再開通することがしばしばみられる．
再開通がごく早期（発症後数時間以内，脳組織が不可逆的な梗塞に陥る前）に起こると，症状が劇的に改善することがある．
しかし，すでに梗塞に陥って脆弱化した血管に，再開通によって血液が流入すると，血液の漏出や出血が起こり，ときに症状の増悪を招く（出血性梗塞）．
梗塞により虚血性変化を起こした血管に，再び血液が流入すると，梗塞部の組織に出血が生じることがある．これを出血性梗塞という．発症後数日以内に出現しやすい．出血性梗塞は，どのタイプの脳梗塞でも起こりうるが，特に心原性脳塞栓症で多く認められる．また，血栓溶解療法の合併症としても重要である。神経症状の変化がみられないこともあるが，血腫を形成し脳浮腫や脳ヘルニアの増悪を起こすと，症状がさらに悪化することがあるため，注意が必要である．
頭部単純CTでは梗塞巣の低吸収域の中に，出血が高吸収域または等吸収域として混在してみられる．造影CTでは造影効果が認められる．
頭部MRIでは脳梗塞の所見に加えて，出血がT1強調像で高信号として認められる．出血の所見が主体な場合，脳内出血との鑑別が問題になることがある．