Sensasi nyeri berkembang untuk memastikan bahwa organisme menghindari rangsangan berbahaya atau mematikan. Ada komponen emosional yang kuat untuk rasa sakit, tetapi juga dasar fisiologis nyata untuk perasaan itu. Studi fisiologi nyeri telah mengungkapkan bahwa rasa sakit dirasakan dan ditransmisikan ke otak seperti sensasi fisik lainnya seperti suhu atau sentuhan.
Banyak hewan, termasuk manusia, memiliki reseptor khusus untuk rasa sakit yang disebut nosiseptor. Ini ada di seluruh tubuh, kecuali otak, dan merupakan ujung saraf bebas. Di hadapan rangsangan yang menyakitkan, mereka menyebabkan sel nosiseptor menyala. Ada banyak kemungkinan penyebab rasa sakit, karena rangsangan mekanis, kimia, listrik, dan biologis dapat menyebabkan penembakan.
Setelah penembakan awal nosiseptor, sinyal ditransmisikan ke sel lain yang menyampaikan informasi ke sumsum tulang belakang dan otak. Menurut penelitian fisiologi nyeri modern, nyeri dirasakan ketika sinyal-sinyal ini mencapai sistem saraf pusat. Talamus adalah area pertama di mana rasa sakit dirasakan.
Sinyal tersebut kemudian dibawa ke sistem limbik, yang bertanggung jawab atas aspek emosional rasa sakit, dan secara bersamaan ke korteks serebral. Di sini, interpretasi dan persepsi rasa sakit terjadi. Beberapa bagian korteks, termasuk korteks sensorik primer, memungkinkan lokasi sumber nyeri.
Ada dua jenis serabut saraf yang berbeda dalam fisiologi nyeri, yang menjelaskan dua jenis nyeri. Jenis pertama, yang disebut serat A, menyampaikan informasi cepat tentang rasa sakit yang tiba-tiba, seperti terpotong atau terbakar. Transmisi cepat memungkinkan reaksi refleks, seperti menjauh dari penyebab rasa sakit, bahkan sebelum otak merasakan rasa sakit itu sendiri.
Jenis serat saraf lain yang penting dalam fisiologi nyeri adalah serat C yang lebih kecil. Serabut ini mengirimkan pesan setelah sensasi awal nyeri, dan menyampaikan nyeri tumpul, atau luka bakar ringan, yang mengikuti setelah nyeri awal yang lebih tajam. Pesan dari serat C dibawa lebih lambat karena ukurannya, dan karena aksonnya tidak dibungkus mielin. Mereka dianggap bertanggung jawab atas beberapa sensasi nyeri kronis.
Berbagai target untuk obat nyeri telah dibuat jelas oleh pemahaman fisiologi nyeri. Banyak perawatan untuk nyeri berfokus pada penghambatan sinyal nyeri yang berkaitan dengan komponen emosional nyeri, termasuk pereda nyeri narkotik. Obat pereda nyeri yang dijual bebas sering kali mengurangi peradangan dan transmisi sinyal nyeri awal dari nosiseptor. Masih obat nyeri lainnya termasuk obat anti-epilepsi yang berusaha untuk mencegah persepsi rasa sakit terus-menerus dari sel-sel salah tembak dalam sistem saraf.