Według definicji z 1994 roku, zatwierdzonej przez Międzynarodowe Stowarzyszenie Badania Bólu, ból neuropatyczny jest związany z zaburzeniem czynności lub uszkodzeniem układu nerwowego obwodowego (ból neuropatyczny obwodowy), ośrodkowego (ból neuropatyczny ośrodkowy) lub układu współczulnego (ból podtrzymywany współczulnie). Ból ten jest prawie zawsze związany z zaburzeniami czucia (wyjątkami są. neuralgie). W praktyce klinicznej ból neuropatyczny jest określany jako ból pojawiający się w miejscu zmienionego czucia.
Liczne badania wykazują że około 30% pacjentów w terminalnej fazie choroby nowotworowej cierpi z powodu bólu neuropatycznego. Pacjenci przeważnie odczuwają więcej niż jeden rodzaj bólu. Najczęściej ma on charakter mieszany - bólowi neuropatycznemu towarzyszą inne zespoły bólowe (np. kostne lub trzewne). Ból neuropatyczny jest zaliczany do kategorii tzw. bólu trudnego do kontroli.
Istnieje wiele mechanizmów obwodowych i ośrodkowych powstawania bólu neuropatycznego, dużo z nich jest jeszcze niedostatecznie poznanych.
Ucisk na nerw powoduje ból z powodu podrażnienia nervi nervorum. W wyniku uszkodzenia nerwu, akson staje się generatorem patologicznych impulsów ektopowych (pod wpływem niewielkich bodźców lub samoistnie), które pojawiają się wzdłuż jego przebiegu. W uszkodzonym włóknie dochodzi do zmiany składu substancji troficznych doprowadzanych do ciała komórki zwoju grzbietowego, co zmienia metabolizm neuronu czuciowego a dalej prowadzi do zmian w wytwarzaniu i redystrybucji kanałów jonowych i receptorów błonowych odpowiedzialnych za generowanie impulsów czuciowych. Akson czuciowy po przecięciu obumiera w części dystalnej, podczas gdy w części bliższej rozpoczynają się procesy odtwórcze i zwyrodnieniowe. Powoduje to tworzenie się nerwiaków (neuroma), który wykazuje aktywność bez stymulacji, oraz sprzężenia („cross-talk") pomiędzy sąsiadującymi włóknami. „Kiełki" powstające przy regeneracji nerwu są bardzo wrażliwe na bodźce mechaniczne lub chemiczne stając się równocześnie generatorami impulsów. W konsekwencji mamy do czynienia ze stałą falą nieprawidłowej, dośrodkowej impulsacji. Podobnie bardzo dużą ilość ektopowych wyładowań generują komórki zwojów rdzeniowych. Po uszkodzeniu włókna obwodowego, ośrodkowy układ nerwowy otrzymuje dużą. ilość nieprawidłowych impulsów co często doprowadza do reorganizacji procesów ośrodkowych. Impulsy dośrodkowe powodują zmiany pobudliwości komórek rogów tylnych rdzenia kręgowego, co dalej prowadzi - poprzez przewagę procesów torowania nad hamowaniem - do generowania ich własnej aktywności bez konieczności pobudzania z obwodu. Ośrodkowy układ nerwowy wykazuje zdolność do modyfikacji swoich funkcji np. po uszkodzeniu nerwu (tzw. plastyczność oun). Zjawisko to jest powodem olbrzymiej różnorodności objawów bólu neuropatycznego w zależności od czasu i miejsca powstania, procesów patologicznych, zmienności osobniczej, wieku i wielu innych czynników (np neuralgia popółpaścowa rzadko pojawia się u osób młodych, prawdopodobnie odgrywa tutaj rolę także czynnik genetyczny).