Peiliterapian tehokkuudesta on olemassa vain muutamia tutkimuksia, mutta alustavat johtopäätökset osoittavat, että tekniikka on erittäin lupaava fantomiraajakipuun ja toipumiseen aivohalvauksen jälkeen. Neurologit eivät voi selittää, miten peiliterapia toimii, mutta uskovat sen huijaavan aivoja antamalla illuusion kahdesta työskentelevästä raajasta. Peiliterapiaa pidetään edullisena ja tehokkaana tapana vähentää amputeettien kärsimää kipua.
Vuoden 2007 tutkimus peiliterapiasta Walter Reed Army Medical Centerissä Washingtonissa sisälsi 18 sotaveteraania, jotka menettivät raajansa konfliktissa. Pitkät peilit sijoitettiin jäljelle jäävien raajojen viereen yhteen tutkittavien ryhmään. Potilaita pyydettiin liikuttamaan raajaa samalla kun he katselivat toimintaansa peilistä. Toinen tutkittu ryhmä käytti peitettyjä peilejä, kun taas kolmas ryhmä käytti visualisointia kuvatakseen puuttuvat raajat.
Ensimmäisessä ryhmässä kaikki potilaat sanoivat tuntevansa vähemmän fantomikipua. Joissakin tapauksissa tuntemuksen väheneminen oli niin merkittävää, että potilaat pystyivät luopumaan kipulääkkeistä. Yksi toisen ryhmän henkilöistä ilmoitti vähemmän kipua, mutta yli puolet osallistujista koki lisääntymisen. Kaksi kolmasosaa kolmannesta ryhmästä paheni. Kun kahden kontrolliryhmän veteraanit siirtyivät peilihoitoon, 90 prosenttia ilmoitti vähemmän kipua.
Nämä tulokset tulivat neljän viikon peiliterapian käytön jälkeen 15 minuuttia päivässä viisi päivää viikossa. Tohtori Jack Tsao, yhdysvaltalainen laivaston neurologi, teki tutkimuksen muistutettuaan tutkimuspaperin, jonka hän luki tutkijakoulussa, ja jonka kirjoitti tohtori VS Ramachandran, Yhdysvaltain neurologiaan erikoistunut tiedemies. Ramachandran väitti, että peili huijaa aivoja reagoimaan kahteen osaan, jota vahvistavat liikkeen peilikuvat.
Phantom -raajan kipu edustaa aivotoimintoa, joka ilmoittaa hermopäätteistä, jotka jäävät lähelle amputoitua kehon osaa. Neuronit voivat laukaista kipinöintiin, kun raaja on poistettu kirurgisesti. Aivot kokevat myös tunteita, joita raaja jää, nimeltään proprioceptio. Kun nämä signaalit ylitetään, se voi aiheuttaa haamukipua. Jotkut amputeet kuvaavat epämukavuutta lieväksi pistelyksi, kun taas toiset raportoivat polttavan tai järkyttävän kivun tunteista.
Peiliterapia voi myös auttaa aivohalvauksen uhreja, jotka kärsivät hemiplegiasta, joka määritellään käsivarsien, jalkojen ja vartalon halvaantumiseksi kehon toisella puolella. Tutkimuksessa 14 potilasta käytti peilikoteloita, joissa oli pieni askel harjoitellakseen nilkkojensa taipumista. Useimmat näistä potilaista pystyivät nousemaan nopeammin katsellen liikkeitä peilistä. Lääkärit uskovat, että kognitiivinen hoito peilien avulla voi olla yhtä tärkeää kuin fysioterapia aivohalvauksen toipumisessa.