В коже имеется множество нервных окончаний, чувствительных к давлению, уколам, химическому раздражению, теплу и другим факторам. Они распределены неравномерно: в некоторых частях тела их больше, например в роговице глаза, на лице, в корнях зубов и кончиках пальцев, в других – меньше. При раздражении нервных окончаний в коже сигналы передаются от поврежденного места в спинной мозг, затем доходят до коры больших полушарий головного мозга, где и воспринимаются нервными клетками как чувство боли. Когда раздражение достигает спинного мозга, происходит переключение возбуждения к нервным клеткам, которые в свою очередь воздействуют на мышцы поврежденной части тела. Это означает, что в случае опасности человек автоматически делает защитное движение еще до того, как головной мозг зарегистрировал болевой импульс. Например, наступив на острый предмет, мы успеваем отдернуть ногу до того, как почувствовали боль.

Болевые ощущения передаются в мозг двумя типами нервных волокон: одни из них, более толстые, передают импульсы быстрее, болевые ощущения в этом случае не особенно сильные и могут быть локализованы на ограниченном участке тела; другие, более тонкие, передают импульсы медленнее и вызывают ощущение тупой, неприятной боли. Эти две системы нервных волокон находятся в таком отношении друг с другом, что импульсы в более быстрой системе при некоторых обстоятельствах могут погашать раздражители в более медленной. Данный механизм используется в медицинской практике, например при массаже или при электростимуляции нервных окончаний.

В головном и спинном мозге есть и другие нервные рефлекторные дуги, которые влияют на передачу болевых импульсов от разных участков тела к мозгу, поэтому нервная система человека имеет большие возможности возбуждать или приглушать возникающие раздражения. Это означает, что болевой импульс, возникающий в мозге, зависит от состояния других частей нервной системы. Зрение и слух, концентрация внимания на испытываемых ощущениях, а также эмоциональное состояние влияют на степень восприятия переживаемой человеком боли.

Некоторые части организма, например надкостница, места прикрепления сухожилий и мышц, а также суставные капсулы, обильно снабжены нервными окончаниями. Перелом кости вызывает сильную боль, что связано частично с повреждением надкостницы, кроме того, кровоизлияние, скопление крови и обломки костей раздражают нервные окончания долгое время после самого перелома.

Причиной возникновения боли может быть и ущемление нерва. Обычно это происходит в области суставов, в том числе позвоночных. Нажимая, например, на точку сразу за локтевым отростком на внутренней стороне локтя, можно нащупать нерв. При надавливании на него возникает болевое ощущение в мизинце и безымянном пальце. Это связано с тем, что боль воспринимается так, словно она возникла в том месте, где берет свое начало нерв, в данном случае – в мизинце и безымянном пальце. Если спинномозговой нерв ущемлен в месте выхода его корешка из спинномозгового канала, то есть в пространстве, образуемом между позвонками в поясничном отделе позвоночника, то боль ощущается в стопе, потому что там начинается нерв. Этим объясняется тот факт, что при ишиасе мучает боль в ноге, хотя причина ее заключается в травматизации корешка спинномозгового нерва.

При некоторых заболеваниях спинного или головного мозга, таких как воспаление, опухоли, закупорка сосудов или кровоизлияния и др., боль можно ощущать совсем не там, где она возникает в действительности. Подобного рода боли, как правило, невозможно точно локализовать, и они могут распространяться довольно широко.

Следует учитывать, что наша способность локализовать боль, исходящую от внутренних органов, развита в меньшей степени, чем восприятие сигналов от нервных окончаний поверхности кожи. Поэтому при повреждении мышц, суставов или костей скелета человек часто затрудняется правильно определить место нахождения боли.

Особый случай представляют так называемые фантомные боли, которые ощущаются в отсутствующей части тела, например в ампутированной ноге. Это объясняется, в частности, образованием рубцов в травмированных нервных волокнах, а также «запоминанием» мозгом ампутированных частей тела. Существенно и интересно в связи с этим то, что боль долго остается в несуществующей части тела, и это еще одно доказательство того, что наша способность локализовать болевое ощущение несовершенна. Данное обстоятельство обусловливает необходимость полного медицинского обследования организма для выявления причин возникновения боли, хотя она и воспринимается в очень ограниченной области.