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。癌症疼痛的机制尚不完全清楚。一般认为，通过骨、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和化学感受器Aδ纤维或C纤维传递到中心，产生疼痛。Aδ纤维是一种直径为1~的髓鞘神经纤维4μm，C纤维为无鞘神经纤维，直径细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，但冲动到达中心的时间不同，C纤维比Aδ纤维慢1.4s。刺激后，首先感快速、准确但不剧烈的尖锐疼痛，然后弥漫钝痛，程度强；前者称为第一痛，后者称为第二痛。 癌症疼痛检查内脏感觉的传入通路与身体基本一致，但纤维占多数80％。内脏疼痛阈值高，对膨胀、痉挛、缺血性强直收缩和化学刺激敏感（常引起剧烈疼痛，多伴有呼吸、血压变化、出汗、垂直头发、呕吐、肌肉紧张增强等反应）；此外，器官通常通过脊神经进入中枢，脊神经的一个部分可以包括几个器官的进口纤维。例如，胃进口部分包括胸部6~9，与肝脏、胆囊、胰腺、脾脏、十二指肠等重叠。因此，疼痛往往更分散，难以准确定位。内脏的神经控制是双重的，疼痛冲动主要由交感神经引起，盆腔器官由骶部副交感神经引起，气管和食道上部由脑神经（舌咽神经和迷走神经）引起。此外，内脏疼痛也涉及疼痛，可能是内脏冲动和身体的两个通道聚集在同一部分的脊髓背角细胞中，相互作用，然后从相同的传导通道传播到大脑皮层；导致疼痛定位偏差，然后反映身体进入脊神经控制的皮肤区域。例如，胆囊疼痛可以反映在右背肩胛骨角下，胰腺疼痛可以辐射到背部等。 放射治疗可引起放射性神经炎和疼痛。一致认为，当大剂量(几千到几万不等。rad)当辐射照射时，神经系统，特别是神经元，可能会直接受损，并可能导致继发性神经损伤。这种损伤主要是由辐射引起的神经血液循环和营养障碍引起的。严重的血管内皮和血管壁基膜损伤，有时可以看到小血管阻塞或半阻塞。由于血液循环不良会导致小血管周围的胶质细胞神经突触水肿，因此输送给神经元细胞的营养物质将不足或停止。水肿的胶质细胞突触压迫小血管，使微循环更加恶性，形成恶性循环。如果治疗不及时或不当，可导致神经元细胞死亡。疼痛可发生在神经纤维炎症、水肿和坏死的过程中。这种放射反应有时会产生延迟效应。在几周内，急性炎症、水肿和出血可以逐渐消退，白质损伤可以部分修复，但坏死仍然残留。即使在6~8周后，症状也可以再次出现，称为晚期放射性坏死。辐射剂量越大，反应越快。
