疼痛的发生包括三个环节：①感受器;②神经纤维;③神经中枢。癌性疼痛的机制尚不完全清楚。一般认为，在骨、软组织、淋巴管、血管、内脏机械或化学刺激激活或激敏机械感受器及化学感受器，通过Aδ纤维或C纤维传至中枢，产生痛觉。Aδ纤维是一种有髓鞘的神经纤维，直径为1～4μm，C纤维是无鞘神经纤维，直径较细，为0.2～1.0μm。单一的疼痛刺激引起双重感觉，两种纤维同时活动，但冲动到达中枢的时间不同，C纤维比Aδ纤维慢1.4s。刺激之后，先感到快速、定位精确但不剧烈的锐痛，继而是弥散的钝痛，程度较强;前者称为“第一疼痛”，后者称为“第二疼痛”。 癌性疼痛检查内脏感觉的传入通路基本上与躯体一致，但纤维占多数为80%。内脏的痛阈较高，对膨胀、痉挛、缺血性强直收缩和化学刺激较敏感(常引起剧烈疼痛，多伴有呼吸、血压变化，以及出汗、竖毛、呕吐、肌紧张增强等反应);
另外，一个脏器的传入纤维常常经几个节段的脊神经进入中枢，而一个节段的脊神经又可包括几个脏器的传入纤维。例如，胃传入节段包括胸6～9，与肝、胆、胰、脾、十二指肠等重叠。因而疼痛常较弥散而难以准确定位。内脏的神经支配是双重的，痛觉冲动主要由交感神经传入，盆腔脏器由骶部副交感神经传入，气管和食管上部由脑神经(舌咽神经和迷走神经)传入。另外，内脏疼痛还有牵涉痛，可能是由内脏传入冲动与躯体传入的二通路在同节的脊髓背角细胞中发生聚合，相互作用，再由同一的传导通路传至大脑皮质;以致使疼痛定位发生偏差进而反映到躯体传入所属脊神经支配的皮肤区。例如，胆囊疼痛可反射到右侧背部肩胛角下，胰腺疼痛可放射到腰背部等。 放射治疗可引起放射性神经炎，出现疼痛。一致认为：当大剂量(几千至上万rad)放射线照射时，神经系统特别是神经元可出现直接损伤，并可引起继发性神经损伤。这种损伤主要是放射线引起神经血液循环和营养障碍所致。电镜下可见严重的血管内皮、血管壁基膜损伤，有时可见小血管阻塞或半阻塞。由于血液循环不良可引起小血管周围胶质细胞神经突触水肿，这样运送给神经元细胞的养分就会不足或中止，水肿的胶质细胞突触压迫小血管，促使微循环更趋不良，由此形成恶性循环，如治疗不及时或不适当，可导致神经元细胞死亡。在神经纤维发生炎症、水肿及坏死的过程中可出现疼痛。这种放射反应，有时还会出现延迟效应，几周内，急性期的炎症、水肿、出血可逐渐消退，白质损伤可部分修复，但坏死仍残留。以至在6～8周后又可再次出现症状，有晚期放射性坏死之称。照射剂量越大反应出现越快。
