(一)发病原因
颅骨骨折的发生是因为暴力作用于头颅所产生的反作用力的结果，如果头颅随暴力作用的方向移动，没有形成反作用力，则不致引起骨折。颅骨具有一定的弹性，在准静态下，成人颅骨承受压缩时最大的应力松弛量为12%，最大的应变蠕变量为11.5%左右。同时，颅骨的内、外板拉伸弹性模量、破坏应力和破坏应力对应变率的敏感性亦有一定限度，其抗牵张强度恒小于抗压缩强度，故当暴力作用于其上时，总是在承受牵张力的部分先破裂。如果打击的强度大、面积小、多以颅骨的局部变形为主，常致凹陷性骨折，伴发的脑损伤也较局限;若着力的面积大而强度较小时则易引起颅骨的整体变形，而发生多发线形骨折或粉碎性骨折，伴发的脑损伤亦较广泛。
(二)发病机制
1.颅骨局部变形 颅盖(穹窿部)遭受外力打击时，着力部分即发生局部凹曲变形，而外力作用终止时，颅骨随即弹回原位。若暴力速度快、作用面积小，超过颅骨弹性限度时，着力的中心区即向颅腔内呈锥形陷入，内板受到较大的牵张力而破裂。此时如果暴力未继续作用于颅骨上，外板可以弹回而复位，故可以保持完整，造成所谓单纯的内板骨折，是为后期外伤性头疼，或慢性头疼的原因之一。如果暴力继续作用，则外板亦将随之折裂，造成以打击点为中心的凹陷及其外周的环状与线形骨折。若致伤暴力的作用仍未耗尽或属高速强力之打击，则骨折片亦被陷入颅腔内，而形成粉碎凹陷性骨折或洞形骨折(图1)。
2.颅骨整体变形 头颅的骨质结构和形态，犹如一个具有弹性的半球体，颅盖部呈弧形，颅底部如断面，恰如弓与弦的关系。在半球体的任何一处加压，均可使弓和弦受力而变形。例如，当侧方受压，头颅的左右径即变短而前后径加大;反之，若为前后方向的暴力常使矢状径缩短则横径相应变长。因此，当暴力为横向作用时骨折线往往垂直于矢状线，折向颞部和颅底;当暴力是前后方向，骨折线常平行于矢状线，向前伸至颅前窝，向后可达枕骨，严重时甚至引起矢状缝分离性骨折。此外，当重物垂直作用于头顶部及因臀部或足跟着地的坠落伤，暴力经脊柱传至颅底。这两种情况，无论是自上而下还是自下而上，其作用力与反作用力都遭遇在枕骨大孔区，引起局部变形，轻者造成颅底线形骨折，重者可致危及生命的颅基底环形骨折，陷入颅内。
3.颅骨的拱架结构 颅盖与颅底均有一些骨质增厚的部分，作为颅腔的拱柱和梁架，能在一定程度上对抗外力的压缩或牵张，起到防护颅脑损伤的作用。颅盖的增强部分有：鼻根、额部颧突、乳突及枕外粗隆四个支柱;于其间又有眶上缘、颞嵴、上项线及矢状线四个位居前方、侧方、后方及顶部中央的骨弓，形成坚强的拱柱。颅底的增强部分有：中份的枕骨斜坡、两侧有蝶骨嵴和岩锥，形成梁架，有力地支撑颅底、承托颅脑，并与周围的颅盖部支柱相接，结合为有相当韧性和弹性强度的颅腔，完美地保护着神经中枢。当头颅遭受打击时，暴力除了引起局部颅骨凹曲变形之外，同时也将造成不同程度的整体颅骨变形，若暴力的能量在局部全部被吸收，消耗殆尽，则仅引起凹陷性骨折或着力部的损伤;如果暴力的能量并未耗竭，继续作用在头颅上，则由于颅骨的整体变形，骨折线将通过着力点沿颅骨的薄弱部分延伸，也就是在增厚的拱架间区发生折裂。这种规律不仅见于颅盖骨折，尤其多见于颅底骨折，由于颅底厚薄不一，含有许多孔、裂，因而骨折线常经骨质薄弱的部分穿过。
4.颅骨骨折的规律性 暴力作用的方向、速度和着力面积等致伤因素对颅骨骨折的影响较大，具有一定的规律性，概括如下：暴力作用的力轴及其主要分力方向多与骨折线的延伸方向一致，但遇有增厚的颅骨拱梁结构时，常折向骨质薄弱部分。若折线垂直横断拱梁结构，或引起骨缝分离，则说明暴力强度甚大。暴力作用的面积小而速度快时，由于颅骨局部承受的压强较大，故具有穿入性，常致洞形骨折，骨片陷入颅腔;若打击面积大而速度快时，多引起局部粉碎凹陷骨折;若作用点面积较小而速度较缓时，则常引起通过着力点的线状骨折;若作用点面积大而速度较缓时，可致粉碎骨折或多发线形骨折。垂直于颅盖的打击易引起局部凹陷或粉碎骨折;斜行打击多致线形骨折，并向作用力轴的方向延伸;往往折向颅底;枕部着力的损伤常致枕骨骨折或伸延至颞部及颅中窝的骨折。
暴力直接打击在颅底平面上，除较易引起颅底骨折外，其作用力向上时，可将颅骨掀开;暴力作用在颅盖的任何部位，只要引起了较大的颅骨整体变形，即易发生颅底骨折;头顶部受力，骨折线常垂直向下，直接延伸到邻近的颅底，暴力由脊柱上传时，可致枕骨骨折;颅骨遭受挤压时往往造成颅底骨折。颏部受击时可引起下颌关节凹骨折，但头部因可沿作用力的方向移动而缓冲外力对颅颈交界区的冲撞;上颌骨受击时不仅易致颌骨骨折，尚可通过内侧，角突将暴力上传至筛板而发生骨折，鼻根部受击可致额窦及前窝骨折。