任何形式的刺激(物理的或化學的)，達到一定強度都能引起疼痛。目前認為，各種形式的超強刺激都可引起組織細胞釋放出某些化學物質，稱為致痛物，包括：乙酰膽堿、5-羥色胺、組胺、緩激肽及多肽類、鉀離子、氫離子，以及組織損傷時釋放的酸性代謝產物等；前列腺素E1也已被證明可提高組織對疼痛的敏感性而致疼痛。
致痛物直接作用于神經末梢的痛覺感受器，產生沖動經過不同的傳入神經到達脊髓的后根神經節細胞，并沿脊髓丘腦側束，經內囊傳至大腦皮質中央后回的第一感覺區，而引起有定位的痛覺。頭面部的刺激主要由三叉神經感覺支傳入；內臟的痛覺主要由交感神經傳入；食管和氣管的痛覺則由迷走神經干的傳入神經上傳。
