Smerte er en kompleks prosess som pågår i nervesystemet. Enkelt forklart kan den deles inn i tre nivå:
- Spesialiserte nerveceller (nociseptorer) fanger opp informasjon om potensiell eller faktisk vevsskade og sender signaler videre til ryggmargen.
- I ryggmargen skjer en bearbeiding (modulering) av de innkomne signalene, slik at signaltrafikken videre enten hemmes eller forsterkes. Fra ryggmargen sendes signalene videre i nye nervebaner opp til hjernen.
- Smertesignalene oppleves ikke som smerte før de har nådd vår bevissthet. Det finnes ikke ett enkelt smertesenter, men mange sentre i hjernen som er involvert i prosessering av smerte, som et «smertenettverk». Nettverket er komplekst og involverer ulike områder som regulerer følelser, oppmerksomhet, hukommelse, tanker og forventninger, i tillegg til motorisk respons og sensorisk aktivitet. Den endelige smerteopplevelsen er et resultat av dette samspillet. Prosesseringen av smerte i hjernen virker via nedadgående nervebaner til ryggmargen, som enten hemmer eller forsterker smertesignaler.
Hjernen er altså ikke en passiv mottaker av stimuli, men et komplekst system som fortolker betydningen av nervesignalene.