Parte del valor de supervivencia del dolor, está asociado con los centros de aprendizaje del cerebro.
Los circuitos cerebrales asociados al dolor involucran áreas consideradas esenciales en las emociones, la memoria y los recuerdos.
Algunas regiones del cerebro como, la ínsula y la corteza cingulada anterior junto con el tálamo y los ganglios basales, están más activadas en el dolor agudo. En otras regiones como en el tronco del encéfalo y el sistema modulador descendente del dolor, se observa actividad tanto en la facilitación, como en la anticipación y en la percepción del dolor.
Clínicamente el dolor crónico implica cambios a nivel cognitivo y emocional, en la percepción y procesamiento de las experiencias del día a día. Esto se debe a un aumento en la activación de la corteza prefrontal.