Naast een cosmetische toepassing kan botulinetoxine A ook ingezet worden voor de preventie van chronische migraine. Bij de medische toepassing van botulinetoxine A voor migraine wordt een veel hogere dosis toegediend dan bij cosmetisch gebruik. Hierdoor komen toxinemoleculen in de hersenen terecht, waar ze hoofdpijnaanvallen remmen. Het onderliggende werkingsmechanisme van botulinetoxine A bij het tegengaan van migraineaanvallen is onduidelijk. Waarschijnlijk beperkt de aanwezigheid van de toxine het vrijkomen van neurotransmitters die betrokken zijn bij de pijnsignalering.