Wydaje się, że jedną z ważniejszych ról w ośrodkowej sensytyzacji pełnią receptory NMDA (N-metyio-D-asparaginowe) dla pobudzających aminokwasów i neurokininowe NK-1, zlokalizowane postsynaptycznie w rogach tylnych rdzenia kręgowego. Istnieją dowody, że receptory NMDA biorą udział w wyzwalaniu nadmiernej i długotrwałej odpowiedzi bólowej w efekcie zjawiska nakręcania („wind-up”), pobudzanej przez powtarzający się, niewielki impuls drażniący włókno C. Włókna C zawierają cały szereg neuropeptydów: substancję P, CGRP (calcitonin gene related peptide), glutaminian, asparginian, tlenek azotu. Pobudzenie receptorów poprzez uwolnione neuropeptydy powoduje zmianę pobudliwości błony komórkowej, zwiększony napływ jonów wapniowych do komórki i uruchomienie szeregu procesów, które doprowadzają do ekspresji protoonkogenów i w ostateczności do długo trwającej (nawet stałej) zmiany aktywności neuronów. Podwyższenie komórkowego stężenia jonów wapniowych powoduje także zwiększoną aktywność enzymatyczną dochodzi m. in. do wzrostu syntezy tlenku azotu, który bierze udział w mechanizmach powstawania bólu neuropatycznego prawdopodobnie poprzez zwiększenie uwalniania neurotransmiterów z zakończeń presynaptycznych.
W wyniku uszkodzenia nerwu obwodowego pojawiają się połączenia pomiędzy neuronami warstw ll-V rogów tylnych rdzenia kręgowego. Jest to powodem włączenia w procesy transmisji bólu włókien A beta, które w normalnych warunkach nie mają wpływu na powstawanie odczuć bólowych. Uważa się, że ten mechanizm jest odpowiedzialny za powstanie allodyni.
Ból neuropatyczny często (u 20-30% pacjentów z bólem nowotworowym) związany jest z samą chorobą - uciskiem lub naciekiem tkanki nerwowej poprzez guz wychodzący z tkanek miękkich, kości, węzłów chłonnych (neuralgie nn. czaszkowych, nowotworowe zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, kompresja rdzenia kręgowego, pleksopatie splotu ramiennego lub lędźwiowo-krzyżowego, rzadziej neuropatia paraneoplastyczna).
Przyczyną (w około 10% przypadków) może być także leczenie choroby nowotworowej -zastosowanie radioterapii (np. włóknienie splotu ramiennego po leczeniu raka sutka), chemioterapii (np. neuropatia po cysplatynie, alkaloidach Vinca, paklitakseiu) lub zabiegów chirurgicznych (np. ból po mastektomii, torakotomii) - w wyniku uszkodzenia nerwów obwodowych.
Spadek odporności towarzyszący chorobie nowotworowej może być przyczyną pojawienia się półpaśca i w dalszej kolejności neuralgii popółpaścowej.
Ból może mieć także podłoże nienowotworowe np. ból poudarowy, wzgórzowy.
U większości pacjentów występują trzy główne objawy o różnym stopniu nasilenia:
1. stały, palący, parzący ból o charakterze dyzestezji (nieprzyjemnego wrażenia powstającego spontanicznie lub pod wpływem bodźca). Chorzy porównują to uczucie do „posypywania solą miejsca pozbawionego skóry”. Często dołącza się ból głęboko zlokalizowany tępy lub kurczowy. Ból może także przyjąć formę opisywaną jako uczucie silnego ucisku.
2. ból o charakterze napadowym, zwykle krótkotrwały, bardzo silny, przeszywający, „jak porażenie prądem”. Pojawia się spontanicznie, może być wywołany ruchem.
3. allodynia mechaniczna (ból pod wpływem dotyku) lub termiczna (ból pod wpływem ciepła lub zimna).
Inne objawy fizykalne bólu neuropatycznego:
1. hyperałgezja - nadmierna reakcja na bodziec bólowy (np. na ukłucie szpilką),
2. pojedynczy bodziec mechaniczny np. delikatny dotyk, nie zawsze jest powodem nieprzyjemnych wrażeń. Jednakże powtarzalny bodziec podprogowy może wywoływać hiperpatię - wzmożoną reakcję bólową pojawiającą się z opóźnieniem, promieniującą poza obszar uszkodzonego nerwu i trwającą po zakończeniu drażnienia,
3. hipoalgezja - osłabienie czucia,
4. deficyt ruchowy,
5. komponenta współczulna towarzysząca uszkodzeniu nerwu (obrzęki, zaburzenia unaczynienia, potliwości, zmiany troficzne, osteoporoza).