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疼痛的基本生理概念包括：痛觉接受器，痛觉传导神经，中枢神经的痛觉感知，中枢神经掌管疼痛的部位与传导物质，以及具有相反功能的止痛传讨物质。我们再下面会一一讨论。

痛觉接收器
痛觉接收器（pain receptors）是在人体及其他组织中的游离神经末梢（free nerve ending），它们广泛地分布在皮肤的表层及许多的内部组织，如骨膜、动脉管壁、关节、及颅腔内的鎌状体(falx)或脑幕(tentorium)中。其他深层组织，虽也有痛觉接受器，但分布密度较低。
痛觉接受器可接受的刺激种类，包括机械性的、化学性的、及温度的刺激。依上述接受刺激种类不同，可将痛觉接受器分为三类：
1.机械感受性的痛觉接受器(mechanosensitive pain receptor)：对剧烈的机械性刺激有反应。
2.温度感受性的痛觉接受器(thermosensitive pain receptor)：对极端的冷或热刺激有反应。
3.化学感受性的痛觉接受器（chemosensitive pain receptor）：对于各种化学物质，包括缓激肽；；（bradykinin）、血清素（serotonin）组织胺（histamine）、钾离子（K+）、酸、前列腺素（prostaglandin）、乙醯胆碱（acetyocholine）及蛋白质分解脢（proteolytic enzyme）等的刺激敏感。

上述虽将痛觉接收器分为三种，但大多数的痛觉接收器都可被一种以上的刺激所兴奋。例如，当化学感受性的痛觉接受气被化学物质刺激而兴奋时，也会使机械感受性及温度感受性痛觉接受气的域值降低。举例说明：当我们的皮肤因日晒灼伤时，对于轻微的热或机械性刺激也会变的很敏感。

痛觉传导路径
1.周边的痛觉神经纤维：止快速痛与慢速痛的传导神经。Aδ纤维负责将快速痛觉讯号传入机髓，传导速度约每秒6〜；；10公尺。C纤维传导速率每秒只有0.5〜；；2公尺，负责慢速疼痛的传导。因人体具有此两种不同的痛觉传导系统，故人体遭受到一项疼痛刺激时，皆会有两种不同的感觉：先很快出现一种锐利的痛，而后才慢慢出现另一种灼热般的痛。
2.前侧索内的感觉神经传导路径：痛觉神经纤维经由背根(dorsal root)进入脊髓，先上传或下传一、二节后，便终止在脊髓灰质背角(dorsal horn)内的神经元。通常Aδ神经纤维终止在脊髓灰质的第一、第五层，而C神经纤维终止在第二与第三层，即一般所称的胶状质(substantial gelatinosa ； SG)，之后，神经纤维横过脊髓到达对侧的前侧索在上行到脑部。
3.痛觉传导路径在脑干与视丘的终点位置：
（1）快速痛：快速痛的痛觉讯号由脊髓传至脑干时，约有75%〜；；90%的痛觉纤维会终止在延脑、桥脑及中脑的网状组成体；另外的一小部份纤维会连同来自胸索－蹄索系统（dorsal column-lemniscal system）的其他感觉神经纤维直接终止在视丘的腹底腹核，而后在由此传至视丘的其他部分及大脑皮质的感觉皮质区。
（2）慢速痛：慢速痛的神经纤维大多终止在脑干的网状组成体。而大部分的讯号在此经由数个短纤维的神经元向上传递，最后传至视丘的层间核（intralaminar nuclei），在传到大脑皮质。因慢速痛会兴奋网状活化系统，因此类疼痛讯号可使人从睡眠中警醒、感受到身体状况的危急，而后采取防卫措施。

网状体、视丘及大脑皮质在痛觉中扮演的角色
若大脑皮质的躯体感觉区(somatic sensory area)遭破坏，并不影响人体对疼痛刺激的感知能力。因在网状组成体，视丘等较低层的神经中枢完整，即可感知疼痛的存在。一般认为大脑皮质是负责对疼痛性质的诠释，并且精确地给予定位。

疼痛传递物质
自皮肤的接受器接受的痛觉讯息，需有神经传导物质才可将讯息传入脊髓背角的胶状质。这些神经传导物质包括：Substance P，Somatostatin，Cholecysto-kinin，AngiotensinⅡ，VIP；其中以Substance P最受重视。

脑及脊髓止痛机转
个体对疼痛的反应有个别差异，是因人体的脑部有一特殊输入控制系统（specialized input-controlling system），可抑制传入的痛觉讯号，故此系统又称为止痛系统（analgesic system）。此系统包括三个主要的部位：

1.导水管周围灰质区（periaqueductal gray area）：围绕在中脑及桥脑的大脑导水管周围的区域。
2.大缝核（raphe magnus nucleus）：位于桥脑或延脑间的中线部份。
3.脊髓背角（dorsal horn）的一群抑制疼痛的神经元。

止痛神经传递物质
上述的止痛区域有许多神经传递物质参与止痛的作用，其中较重要的止痛神经传导物质为脑啡（enkephalin）与血清素（serotonin）。

1.脑啡可由大脑水管或脑室周围灰质区的神经元末梢分泌，如大缝核的许多神经末梢即可分泌脑啡。此种脑啡经由突触前抑制（presynaptic inhibition）的方式来影响传入脊髓背角的痛觉神经纤维，可抑制Substance P分泌。
2.血清素可由大缝核发出终止在脊髓背角的神经纤维所分泌，而后作用在脊髓背角的某种神经元，可刺激脑啡分泌。

除上述的止痛系统有止痛作用，人体的其他感觉，如触觉接受器受到刺激，经由神经纤维传入脊髓的触觉讯号亦有抑制痛觉传导的作用。此作用可解释予以擦伤附近皮肤触觉刺激会有止痛作用，而针灸亦应用相同的原理达到止痛作用。