Istnieje tylko kilka badań dotyczących skuteczności terapii lustrzanej, ale wstępne wnioski wskazują, że technika ta jest bardzo obiecująca w przypadku bólu fantomowego kończyn i powrotu do zdrowia po udarze. Neurolodzy nie potrafią wyjaśnić, jak działa terapia lustrzana, ale wierzą, że oszukuje mózg, dając iluzję dwóch pracujących kończyn. Terapia lustrzana jest uważana za niedrogi i skuteczny sposób na zmniejszenie bólu odczuwanego przez osoby po amputacji.
Badanie z 2007 roku nad terapią lustrzaną w Walter Reed Army Medical Center w Waszyngtonie objęło 18 weteranów wojennych, którzy stracili kończyny w wyniku konfliktu. W jednej grupie uczestników badania wzdłuż pozostałych kończyn umieszczono długie lustra. Pacjentów poproszono o poruszanie kończyną podczas oglądania swoich działań w lustrze. Druga badana grupa używała zakrytych luster, podczas gdy trzecia grupa wykorzystywała wizualizację, aby wyobrazić sobie brakujące kończyny.
W pierwszej grupie wszyscy pacjenci stwierdzili, że odczuwają mniej bólu fantomowego. W niektórych przypadkach spadek czucia był tak znaczny, że pacjenci byli w stanie zrezygnować z leków przeciwbólowych. Jedna osoba w drugiej grupie zgłosiła mniejszy ból, ale ponad połowa uczestników odczuła wzrost. Dwie trzecie trzeciej grupy pogorszyło się. Kiedy weterani z dwóch grup kontrolnych przeszli na terapię lustrzaną, 90 procent zgłaszało mniejszy ból.
Wyniki te pojawiły się po czterech tygodniach stosowania terapii lustrzanej przez 15 minut dziennie, pięć dni w tygodniu. Dr Jack Tsao, neurolog marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych, przeprowadził badanie po przypomnieniu sobie artykułu badawczego, który przeczytał podczas studiów podyplomowych, napisanego przez dr VS Ramachandrana, amerykańskiego naukowca specjalizującego się w neurologii. Ramachandran twierdził, że lustro nakłania mózg do reagowania na dwie kończyny, co jest wzmocnione lustrzanymi odbiciami ruchu.
Ból kończyn fantomowych reprezentuje funkcję mózgu, która sygnalizuje zakończenia nerwowe, które pozostają w pobliżu amputowanej części ciała. Po chirurgicznym usunięciu kończyny neurony mogą wystrzelić, aby wywołać ruch. Mózg doświadcza również odczuć, że kończyna pozostaje, zwanych propriocepcją. Kiedy te sygnały zostaną skrzyżowane, może to spowodować ból fantomowy. Niektóre osoby po amputacji opisują dyskomfort jako łagodne mrowienie, podczas gdy inne zgłaszają uczucie pieczenia lub szokującego bólu.
Terapia lustrzana może również pomóc ofiarom udaru mózgu cierpiącym na hemiplegię, definiowaną jako paraliż ramion, nóg i tułowia po jednej stronie ciała. W badaniu 14 pacjentów wykorzystano lustrzane pudełka wyposażone w mały krok, aby ćwiczyć zginanie kostek. Większość z tych pacjentów była w stanie wstać szybciej, obserwując ruchy w lustrze. Lekarze uważają, że terapia poznawcza przy użyciu luster może być równie ważna jak fizjoterapia w leczeniu udaru mózgu.