Kivun tunne kehittyi sen varmistamiseksi, että organismit välttävät haitallisia tai tappavia ärsykkeitä. Kivulla on vahva emotionaalinen komponentti, mutta myös todellinen fysiologinen perusta tunteelle. Kivun fysiologiset tutkimukset ovat paljastaneet, että kipu havaitaan ja välitetään aivoihin aivan kuten muutkin fyysiset tuntemukset, kuten lämpötila tai kosketus.
Monilla eläimillä, mukaan lukien ihmisillä, on kipulle spesifisiä reseptoreita, joita kutsutaan noreseptoreiksi. Näitä on kaikkialla kehossa, aivoja lukuun ottamatta, ja ne ovat vapaita hermopäätteitä. Tuskallisten ärsykkeiden läsnä ollessa ne aiheuttavat sotoseptorisolun tuleen. Kipuun voi olla monia mahdollisia syitä, koska mekaaniset, kemialliset, sähköiset ja biologiset ärsykkeet voivat johtaa ampumiseen.
Notsipreseptorin ensimmäisen laukaisun jälkeen signaali välitetään muille soluille, jotka välittävät tiedot selkäytimelle ja aivoille. Nykyaikaisen kivun fysiologian tutkimuksen mukaan kipu havaitaan, kun nämä signaalit saavuttavat keskushermoston. Talamus on ensimmäinen alue, jossa kipu havaitaan.
Signaali siirtyy sitten limbiseen järjestelmään, joka vastaa kivun emotionaaliseen osaan, ja samanaikaisesti aivokuoreen. Täällä tulkitaan ja havaitaan kipua. Jotkut aivokuoren osat, mukaan lukien primaarinen aistikuori, mahdollistavat kivun lähteen paikantamisen.
Kivun fysiologiassa on kahdenlaisia hermokuituja, jotka muodostavat kahdenlaisia kipuja. Ensimmäinen tyyppi, nimeltään A -kuidut, välittää nopeaa tietoa äkillisestä kivusta, kuten leikkauksesta tai palovammasta. Nopea siirto mahdollistaa refleksireaktiot, kuten siirtymisen pois kivun syystä, ennen kuin aivot edes havaitsevat itse kipua.
Toinen kipufysiologiassa tärkeä hermokuitu on pienempi C -kuitu. Nämä kuidut välittävät viestejä kivun ensimmäisen tunteen jälkeen ja välittävät tylsiä kipuja tai lieviä palovammoja, joita seuraa terävämmän alkukivun jälkeen. C -kuitujen viestit kulkevat hitaammin niiden koon vuoksi ja koska niiden aksonit eivät ole kääritty myeliiniin. Heidän uskotaan olevan vastuussa joistakin kroonisen kivun tunteista.
Kipufysiologian ymmärtäminen on tehnyt selväksi erilaisia kipulääkkeiden tavoitteita. Monet kivun hoidot keskittyvät kivun emotionaaliseen osaan liittyvien kipusignaalien estämiseen, mukaan lukien huumaavat kipulääkkeet. Tiskin ulkopuoliset kipulääkkeet vähentävät usein tulehdusta ja alkukipusignaalien siirtoa noreseptoreista. Vielä muita kipulääkkeitä ovat epilepsialääkkeet, jotka pyrkivät estämään hermoston väärin syttyvien solujen jatkuvan kivun havaitsemisen.