从病理生理学角度将疼痛划分为伤害感受性疼痛和神经病理性疼痛，这个优点是可以从更深层次来理解癌痛，为治疗提供依据。

伤害感受性疼痛包括躯体痛和内脏痛。疼痛起源于一个对组织造成化学、机械、或温度的损伤，刺激疼痛感受器，形成电信号并传导到痛觉中枢，产生疼痛感知。疼痛感受器存在于躯体组织（如皮肤、肌肉、骨骼）和内脏组织中。躯体痛通常可以准确定位，常表现为钝痛、锐痛或者压迫性疼痛。内脏痛常常很难被准确表述或定位，常表现弥漫性疼痛和绞痛。放射痛是内脏痛的特殊类型。在脊髓水平，躯体和内脏伤害感受器的神经纤维是相互交织的。因此，患者常错误的将内脏的疼痛认为来源于躯体的神经分布区域。内脏疼痛还常常伴有自主症状，如出汗、苍白、或心动过缓等。

神经病理性疼痛是由外周神经系统或中枢神经系统（脊髓或脑）损伤所致。导致神经病理性疼痛的特殊原因包括化疗（如长春碱类、紫杉类）；神经根被肿瘤侵犯；肿瘤或治疗相关并发症（如放疗导致的神经丛病变）导致神经根或神经丛病变受损。疼痛可由刺激物引起，也可以自发引起。部分患者还可发生痛觉过敏，表现为对疼痛刺激的敏感性增加。

情绪的痛苦也可能影响了患者的疼痛感受。许多伴有疼痛的癌症患者确实没有相应的躯体症状的异常。因此，如果患者的疼痛主诉与疼痛刺激不成比例，应考虑评估精神心理因素以及现存的痛苦对疼痛、药物适应性和药物滥用的影响。