Nosisepsiyon (ağrı hissetme yeteneği) bir organizmanın hayatta kalması ve genel iyilik hali için gereklidir. Keskin bir nesne kaynaklı delici ağrı, açık alevden gelen ısı veya aşındırıcı kimyasallarla temas gibi zararlı uyaranlar, ilk önce sinir uçlarında bulunan nosiseptörler adı verilen duyusal reseptörler tarafından tespit edilir. Nosiseptörlerde ağrılı uyaranı elektrik sinyaline dönüştürecek iyon kanalları bulunur. Bu sinyaller duyusal nöronlar aracılığıyla beyne ulaştığında, ağrı olarak algılanırlar. Böylece ağrı, organizmanın zararlı uyaranlardan kaçınmasına yardımcı olur.

Bağışıklık sistemi ağrı patolojisinde önemli bir rol oynar. Zararlı uyaranlarla karşılaştıktan sonra, yaralanma bölgesinde bulunan mast hücreleri ve makrofajlar gibi bağışıklık hücreleri, sitokinler, kemokinler, histaminler ve prostaglandinler gibi enflamatuar kimyasalları serbest bırakır. Bu kimyasallar, monositler ve T hücreleri gibi diğer bağışıklık hücrelerini yaralanma bölgesine çeker. Ayrıca nosiseptörleri uyarırlar, bu da hiperaljeziye (daha önce ağrılı bir uyarana karşı daha yoğun bir tepki ya da allodini) ve hafif bir dokunuş gibi normalde zararsız bir uyarana ağrılı bir tepkiye neden olur. Bu tür ağrı duyarlılığı, iyileşme sırasında yaralı bölgeyi korumaya yardımcı olur.

Bazı durumlarda, duyarlılık zamanla azalmazsa, ağrı akut bir uyarı sistemi olarak rolünü geride bırakır. Kronik ağrı (üç aydan uzun süren kalıcı veya tekrarlayan ağrı) genellikle romatoid artrit gibi enflamatuar koşullara eşlik eder. Aspirin ve ibuprofen gibi steroidal olmayan anti-enflamatuar ilaçlar (NSAİ’ler), prostaglandinlerin enflamatuar moleküllerinin sentezini inhibe ederek ağrıyı azaltır. Bununla birlikte, günümüzde ağrıyla mücadele etmek için kullanılan NSAİ ajanlar ve opioidler ciddi yan etkilerden ve bağımlılık potansiyelinden muzdariptir. Bu nedenle, ağrı patolojisinin altında yatan mekanizmaları anlamak, daha az şiddetli olumsuz yan etkilerle ağrı algısını bastırmak için daha etkili ilaçlar geliştirmeye yardımcı olabilir.