Uczucie bólu wyewoluowało w celu zapewnienia, że organizmy unikają szkodliwych lub śmiertelnych bodźców. W bólu występuje silny składnik emocjonalny, ale także prawdziwa fizjologiczna podstawa odczuwania. Badania fizjologii bólu wykazały, że ból jest odczuwany i przekazywany do mózgu, podobnie jak inne doznania fizyczne, takie jak temperatura czy dotyk.
Wiele zwierząt, w tym ludzie, ma receptory specyficzne dla bólu zwane nocioceptorami. Występują one w całym ciele, z wyjątkiem mózgu, i są wolnymi zakończeniami nerwowymi. W obecności bolesnych bodźców powodują one odpalenie komórki nocyceptorowej. Potencjalnych przyczyn bólu może być wiele, ponieważ bodźce mechaniczne, chemiczne, elektryczne i biologiczne mogą prowadzić do odpalenia.
Po początkowym uruchomieniu nocioceptora sygnał jest przekazywany do innych komórek, które przekazują informację do rdzenia kręgowego i mózgu. Według współczesnych badań nad fizjologią bólu, ból jest odczuwany, gdy sygnały te docierają do ośrodkowego układu nerwowego. Wzgórze to pierwszy obszar, w którym odczuwany jest ból.
Następnie sygnał dociera do układu limbicznego, który odpowiada za emocjonalny aspekt bólu, a jednocześnie do kory mózgowej. Tutaj następuje interpretacja i postrzeganie bólu. Niektóre części kory, w tym pierwotna kora czuciowa, pozwalają zlokalizować źródło bólu.
W fizjologii bólu istnieją dwa różne rodzaje włókien nerwowych, które odpowiadają za dwa rodzaje bólu. Pierwszy typ, zwany włóknami A, przekazuje szybką informację o nagłym bólu, takim jak skaleczenie lub oparzenie. Szybka transmisja umożliwia reakcje odruchowe, takie jak oddalanie się od przyczyny bólu, zanim mózg w ogóle go dostrzeże.
Innym rodzajem włókna nerwowego ważnego w fizjologii bólu jest mniejsze włókno C. Włókna te przekazują informacje po początkowym odczuciu bólu i przekazują tępe bóle lub łagodne oparzenia, które następują po ostrzejszym początkowym bólu. Komunikaty z włókien C są przenoszone wolniej ze względu na ich rozmiar i ponieważ ich aksony nie są owinięte mieliną. Uważa się, że są odpowiedzialne za niektóre odczucia przewlekłego bólu.
Dzięki zrozumieniu fizjologii bólu ujawniono różne cele dla leków przeciwbólowych. Wiele metod leczenia bólu koncentruje się na hamowaniu sygnałów bólowych związanych z emocjonalnym komponentem bólu, w tym narkotycznych środków przeciwbólowych. Bez recepty leki przeciwbólowe często zmniejszają stan zapalny i przenoszenie początkowych sygnałów bólowych z nocioceptorów. Jeszcze inne leki przeciwbólowe obejmują leki przeciwpadaczkowe, które mają na celu zapobieganie ciągłemu odczuwaniu bólu przez komórki układu nerwowego, które nie działają prawidłowo.