Schmerz basiert auf komplexen neurobiologischen Prozessen. Häufig wird Schmerz mit Nozizeption gleichgesetzt, jedoch ist die Nozizeption ein Teil des Schmerzerlebnisses. Vom noxischen Reiz bis zur bewussten Wahrnehmung laufen verschiedene nozizeptive Prozesse ab. Hierzu  zählen Transduktion, Transmission und Modulation. Nozizeptoren, primär Aδ- und C-Fasern, reagieren auf verschiedene noxische Stimuli und leiten Signale über das Rückenmark zum Gehirn. Die Transmission erfolgt über primäre, sekundäre und tertiäre Neurone, wobei im Rückenmark wichtige Modulationsprozesse stattfinden. Fazilitierende und inhibierende Mechanismen beeinflussen die Signalweiterleitung, gesteuert durch Neurotransmitter wie Glutamat und GABA. Die Schmerzwahrnehmung im Gehirn ist multidimensional und umfasst neben sensorischen nozizeptiven Informationen auch affektive und kognitive Aspekte.