盡管心源性栓子的表現及發病機制不完全相同，心臟損害的臨床表現也多種多樣，但一旦脫落進入腦循環，其臨床表現則取決于栓塞血管所支配區域的功能缺損程度。當栓子進入腦循環后，有時散落成許多碎片進入腦動脈的一些分支，可導致全腦一過性缺血，出現一過性意識障礙，甚至抽搐發作。但多數栓子均較小，很快通向遠端而癥狀緩解。如較大栓子栓塞某一血管，則會出現相應的臨床癥狀。如果脫落的栓子較大，栓塞頸內動脈，或大腦中動脈主干，則將出現嚴重的大腦半球缺血癥狀。多數栓子均較小，常常栓塞大腦中動脈的遠端分支而出現相應的臨床癥狀，如單癱、輕偏癱、失語等局灶體征。當微栓子脫落進入腦內則常表現TIA癥狀。

當栓子進入椎-基底動脈系統，有時停留在椎動脈加入基底動脈之前，則將出現延髓背外側受損的癥狀；有時進入基底動脈上部分支，或到達基底動脈頂端，患者常出現昏迷，四肢癱瘓。如造成雙側大腦后動脈缺血則發生雙側枕葉梗死，表現為雙側“皮質盲”。如栓子進入一側或雙側大腦后動脈，則將導致單側或雙側同向性偏盲。當栓子栓塞大腦后動脈的顳葉分支或小的深穿支，則可出現顳葉內側面、丘腦及丘腦下部的癥狀。有文獻報道，當栓子途經基底動脈到達頂端的過程中造成基底動脈小分支的缺血，臨床可出現頭昏、眩暈、復視、吶吃等一過性癥狀。

心源性腦栓塞容易復發，據統計約10％～20％在10天內復發，但很少3天內復發。由于心源性腦栓塞的原因較復雜，因此腦栓塞的復發率很難控制。如能及早進行有效的治療，將有助于預防復發。

如腦栓塞發生后病情已趨向穩定，突然意識障礙加重，或肢體癱瘓又加重，常提示“出血性梗死”的可能，可進行頭顱CT掃描幫助診斷。

臨床表現除以上描述的腦部癥狀以外，常常伴有心房纖顫及其他心功能不全的癥狀，應進行詳細檢查。