产痛的神经生理和生物化学基础：
(一)外周系统
外周系统由位于神经节中的神经元胞体、其远端的轴突和近端的树突分支构成。反复的热刺激和化学刺激可以使伤害性刺激感受器敏感化。同时，头部的感觉刺激通过脑神经传人到三叉神经尾核，其余的则传人脊髓背角。
(二)脊髓和延髓背角
在脊髓背角的I、Ⅱ层神经元主司伤害性刺激，接受的是传导高阈值冲动的传人纤维。位于V、Ⅳ和Ⅵ层的神经元是宽泛感受神经元，因其接受的刺激广泛，既有低阈值刺激，又有触觉、压力觉以及高阈值的伤害性刺激。在V层，会聚着进入脊髓同阶段的传人体表低阈值感觉冲动和脏器高阈值感觉冲动的纤维，是形成牵涉痛的解剖基础。
脊髓背角神经元还接受来自粗大有髓鞘纤维、胶状质短轴突中间神经元和来自脊髓上位的下行神经束传入。这些过程涉及到兴奋性神经递质的释放，包括P物质、生长激素抑制素、内源性脑啡肽以及抑制性递质的释放，如去甲肾上腺素、5一羟色胺。经过调制后的一部分信号通过联络性中间神经元传递至脊髓前角或前侧角神经元，由它们兴奋躯体运动性神经元，产生对应于疼痛的血管、交感神经、肌肉、内脏运动反应。另一些信号通过一些神经元轴突构成的脊髓丘脑束和其他上行束达到脑干和皮质，引起相应的高位中枢反射。
(三)上行传导通路
脊髓丘脑束传导头部以下的痛觉，三叉神经脊髓束传导头部的痛觉。除传导痛觉外，脊髓丘脑束还传导其他感觉。另外有研究表明还有其他的上行传导束参与了痛觉传导。脊髓丘脑束在上行中分成两束：新脊髓丘脑束和古脊髓丘脑束。这些传导束在解剖上构成外侧系统和内侧系统。
(四)脑干
主要的功能结构是网状结构、丘脑和边缘系统。网状结构具有信号整合功能，还有维持信号刺激强度和相位稳定的功能，对维持皮质的觉醒状态也有至关重要的作用。丘脑有整合和调节自主神经系统功能和神经内分泌功能等作用，主司疼痛引起的应激反应、内脏反应、躯体反应。边缘系统可影响注意力、情绪、动机和行为的表现。
(五)大脑皮质
躯体感觉皮质可辨识疼痛，并通过复杂的神经反射调节皮质下对疼痛产生的反应。额叶皮质对疼痛的认知和产生行为上可能起重要作用，在解剖结构上，它接受几乎所有的感觉及其相关区域的投射，并有纤维投射到网状和边缘系统。因此，当有疼痛出现时，在大脑皮质将动员出所有的有关疼痛信息，包括既往的经历、判断、情绪以及文化背景，一般是产生对疼痛厌恶的负性反应。
(六)疼痛的调制
有关疼痛的调制是20世纪70年代初以来的重要发现，调制包括各种神经、生物化学、心理因素参与到伤害性刺激从组织传到脑的全过程。在外周，损伤和炎症可以导致致痛物质释放或神经末梢损伤使痛阈下降，这样即使是良性刺激，如触觉也会引起疼痛感受。另一方面，皮肤的良性摩擦刺激、冷敷或皮下电刺激可以阻碍伤害性刺激向中枢的传导，从而产生镇痛。
动物电生理研究表明，电刺激延髓腹内侧喙突部细胞，会使脊髓感受伤害刺激的神经元易化，即对疼痛更敏感；而另有一群功能细胞的功能相反，受刺激后可以抑制对疼痛的感受。
(七)心理和情绪对疼痛感受的影响
疼痛引起焦虑，而焦虑又增强对疼痛的感受，因而进行抗焦虑治疗可以明显减轻疼痛。注意力专注在疼痛时，也会明显减轻或甚至不能感受到疼痛。另外强烈的意志和动机也会减轻对疼痛的感受。现在认为自边缘系统发出的下行传导束可能是这些现象的神经生理基础。