在晚期癌症患者中，约2/3患者疼痛的主要原因是肿瘤本身。癌症相关治疗也可引起疼痛，这包括外科、放疗、化疗、靶向治疗、支持治疗和诊断操作。慢性非癌症性疼痛如慢性腰背疼痛和骨关节疼痛、纤维肌肉疼痛和慢性日常头痛在癌症患者中也很常见。

肿瘤通过挤压或浸润机体组织、释放化学介质，使伤害感受器对有害刺激产生反应导致疼痛。

15%～25%的癌症患者会出现深静脉血栓（通常由肿瘤压迫静脉造成）。最容易引起深静脉血栓的肿瘤是胰腺癌、胃癌、脑肿瘤、晚期乳腺癌和晚期盆腔肿瘤。深静脉血栓可导致腿部，尤其是小腿的肿胀和疼痛，偶尔也会发生在上肢。

肿瘤可压迫上腔静脉引起上腔静脉综合征。最常发生的是非小细胞肺癌（50%），小细胞肺癌（25%）、淋巴瘤或转移癌。常见的症状包括呼吸急促，面部和颈部肿胀，颈部和胸部的静脉扩张，以及胸壁疼痛。

脑组织本身没有痛觉感受器；脑肿瘤通过挤压血管或脑膜，或由于脑组织水肿压迫疼痛敏感组织引起疼痛。

约10%广泛转移的晚期癌症患者会出现脑膜转移。90%的脑膜转移来源于恶性黑色素瘤、乳腺癌和肺癌。严重的头痛和背部疼痛是脑膜转移患者的常见早期症状。

约3%的癌症患者伴有脊髓压迫症状，通常是由于癌症转移导致的椎体或椎弓根扩张，以及椎体塌陷引起。脊髓压迫偶尔发生于肿瘤转移至脊髓相邻的组织引起。脊髓长束受压产生脊索疼痛，脊髓神经根受压产生神经根性疼痛。约70%脊髓压迫发生在胸椎，20%在腰椎，10%在颈椎，20%为多部位。疼痛的性质取决于压迫的位置。

1%～5%癌症患者的原发肿瘤的神经浸润或压迫可导致周围神经病变。

一些肿瘤可产生背根神经节炎。小细胞肺癌最常见，相对少见的为乳腺癌、结肠癌或卵巢癌。主要表现为四肢的烧灼样疼痛或刺痛，偶尔有“闪电”或针刺样疼痛。

臂丛神经损伤最常见于肺上沟瘤，淋巴瘤和乳腺癌，通常在手背部和前臂产生严重的烧灼痛或绞榨痛。

癌症侵犯骨骼是癌症患者最常见的疼痛来源。约70%的乳腺癌和前列腺癌患者，40%的肺、肾和甲状腺癌患者可发生骨转移。骨转移通常有压痛。常表现为持续疼痛，伴有自发性或运动相关性恶化，而且常为重度疼痛。骨髓受侵犯的患者可以引起剧烈的免疫反应，增强疼痛的敏感性，同时释放化学物质刺激伤害感受器。当肿瘤生长时，肿瘤的挤压、消耗、渗透或阻断机体的血液供应，都可能导致疼痛。

乳腺癌、前列腺癌和其他癌症常出现肋骨转移。在扭转躯体、咳嗽、笑、深呼吸或坐卧姿势的改变时可引起短暂而剧烈的疼痛。在一些发生骨转移的癌症患者中，突发性肢体或背部疼痛表明可能发生了病理性骨折，股骨上端是最常发生的部位。

内脏疼痛通常表现为弥漫性疼痛，难以定位，并常向远处浅表位置放射。

肝细胞癌的急性出血会导致右上腹的严重疼痛。肝脏肿瘤可使肝脏体积扩大数倍，导致包膜牵拉引起右上腹疼痛。肿大肝脏还可以因患者站立或行走牵引支撑韧带；肿大的肝脏压迫肋骨、腹壁或腰椎导致疼痛。在某些体位下，肝脏可能会将壁腹膜夹在低位肋骨上，产生剧烈的暂时性疼痛，这种疼痛可以通过改变体位缓解。肿瘤穿透肝包膜也可导致钝痛，有时可表现为刺痛。

肾脏和脾脏的肿瘤比肝脏的肿瘤更少产生疼痛。肾脏肿瘤通常只有在器官几乎被完全破坏，或肿瘤侵及周围组织或邻近盆腔才引起疼痛。肾外肿瘤对肾或输尿管的压迫可以导致严重的腰痛。

胃肠肿瘤的疼痛可能来源于胃肠道的运动、扩张、血流改变或溃疡。

支气管肿瘤通常不引起疼痛。但有一些患者可以出现一侧的耳部或面部疼痛，这是来源于迷走神经耳支的放射痛。

约10%胰体和胰尾部癌会出现疼痛。相反，约90%胰头癌会有疼痛发生。胰腺癌疼痛通常出现在左或右上腹部，随着病情的发展，疼痛部位会逐渐固定，疼痛程度也会加剧，俯卧蹲位或弯腰坐位可以减轻疼痛。胰腺癌还可以表现为背部疼痛，这通常表明肿瘤已经穿透脊柱旁肌肉，或进入后腹膜及腹主动脉旁淋巴结。

直肠局部肿瘤累及骶前神经丛可引起疼痛伴随里急后重感。直肠切除术后几周内的疼痛通常是手术导致的神经病理性疼痛。手术3个月后出现疼痛通常预示疾病复发。少数情况下直肠切除术后还可能出现幻觉痛。

腹膜肿瘤由于炎症、无序的内脏运动或转移灶对神经的压迫产生疼痛。如空腔脏器穿孔，引起急性腹膜炎可导致严重的腹痛。胸膜转移通常为钝性疼痛，约25%左右的恶性胸腔积液患者有胸痛。

30%～40%的化疗患者可出现化疗导致的周围神经病变（Chemotherapy Induced Peripheral Neuropathy，CIPN），主要表现为麻木感和刺痛感以及冷过敏，一般从四肢末端向中心发展。常导致CIPN的化疗药物包括沙利度胺、埃博霉素（如伊沙匹隆）、长春碱类（如长春新碱和长春瑞瑸）、紫杉醇类（紫杉醇和多西他赛）、蛋白酶体抑制剂（如硼替佐米），及铂类（如顺铂、奥沙利铂和卡铂）。是否会出现CIPN以及CIPN的严重程度取决于药物选择、用药时长、累计剂量和既往是否有外周神经病变史。CIPN的疼痛通常可以用药物治疗，但麻木感却没有有效的治疗方法。

化疗常可导致严重的黏膜炎。导致黏膜炎的细胞毒药物包括阿糖胞苷、甲氨蝶呤、多柔比星、依托泊苷、氟尿嘧啶等；表皮生长因子受体抑制剂、多靶点酪氨酸激酶抑制剂和哺乳动物西罗莫司靶蛋白抑制剂也可以导致黏膜炎。

10%～20%使用紫杉醇的患者会产生一种弥漫性关节疼痛和肌肉疼痛综合征，通常在紫杉醇注射后1～2天出现并持续4～5天，疼痛通常位于背部、臀部、肩膀、腿部和脚部，负重、行走或接触时疼痛加剧。糖皮质激素可能可以减轻或减少肌肉和关节疼痛的发生。芳香化酶抑制剂可致肌肉骨骼相关症状、骨质疏松性骨折、肌肉疼痛和关节疼痛。

化疗静脉给药可导致静脉痉挛、化学性静脉炎、发疱剂外渗和蒽环类相关刺激征。静脉痉挛可通过局部热敷或减慢输注速率改善；化学性静脉炎和化疗药物外渗可产生的组织坏死、溃烂损伤所致的疼痛；多柔比星可能导致静脉刺激反应，包括局部溃疡、疼痛或针刺感和红斑。一些化疗药物（如长春瑞滨）还可能导致局部组织的疼痛。

表皮生长因子受体（EGFR）抑制剂能引起皮肤炎症、皮疹，从而导致疼痛。在癌症患者中，急性疱疹性神经痛的发生率也会明显的增加，特别见于恶性血液病和接受免疫抑制剂治疗的患者。在接受氟尿嘧啶持续输注、卡培他滨、脂质体多柔比星、紫杉醇化疗的患者可以导致手足综合征。靶向药物如阿帕替尼、索拉菲尼、舒尼替尼也可以导致手足综合征，患者在手掌和脚底会出现刺痛感或烧灼感，之后发展为红斑性皮疹。治疗方法通常包括中断治疗或减少治疗剂量以及针对皮肤病症的对症治疗。

放疗可以引起放疗野内的黏膜炎症、放疗闪烁和放疗性皮炎等疼痛综合征。放疗闪烁是指初次放疗后24～48小时，原疼痛一过性加重的现象，即flash现象。进行内照射的治疗操作和接受放疗摆位同样可能会引起患者的疼痛。