Thụ thể đau cảm nhận kích thích ở da hoặc tạng kích hoạt đầu tận cùng dây thần kinh ngoại biên của dây thần kinh hướng tâm, xi-náp này nằm trên dây thần kinh cấp hai ở hành tủy hoặc tủy sống. Những dây thần kinh cảm giác cấp hai này chạy hướng lên đồi thị và tới vỏ não.
Những dây thần kinh này chạy song song kết nối với nhân não và nhân bụng nhân đuôi và nhân đồi thị trung gian. Những đường dẫn truyền này chạy đến hệ viền và gây nên tình trạng đau. Đau truyền đến sừng sau tủy sống qua đường ở hành tủy sống có chứa serotonin, norepinephrine, và vài neuropeptide.
Hình. Con đường dẫn truyền cảm giác đau
A. Hệ thống dẫn truyền đau thụ thể. Các tác nhân gây đau kích thích đầu tận cùng của các neuron hướng tâm. Sau đó thông tin được dẫn truyền qua dây thần kinh ngoại vi tới tủy sống, tại đây nó synap với các neuron của neuron trung ương, bó tủy đồi thị. Thông tin tiếp tục qua đồi thị tới vỏ não (SS)
B. Hệ thống điều hòa cảm giác đau. thông tin từ vỏ não thùy chán,vùng dưới đồi hoạt hóa các tế bào tại trung não, giúp kiểm soát các tế bào dẫn truyền đau qua tủy sống.
Tác nhân thay đổi cảm nhận đau hoạt động bằng cách giảm viêm ở mô (NSAIDs, ức chế tổng hợp prostaglandin), can thiệp vào con đường dẫn truyền đau (chất gây mê), hoặc làm dịu thần kinh (an thần và chống trầm cảm).
Chống co giật (gabapentin, carbamazepine) có thể có tác dụng đến cảm giác đau đo tổn thương dây thần kinh ngoại biên.