Los conocimientos sobre la fisiología del dolor han progresado de forma notable en las últimas décadas y, en particular, en los campos de la biología molecular y de la neuroimagen funcional (electroencefalografía y resonancia magnética). Se tratará de sintetizar estas nuevas adquisiciones, aunque sin dejar de lado los fundamentos de la fisiología y así tomar sus datos más sólidos. Cabe señalar que la traducción en medios terapéuticos de estos nuevos conocimientos, a menudo adquiridos con modelos animales, sigue siendo decepcionante. En la primera parte se analizarán los medios de exploración del sistema del dolor en el ser humano y en el animal. En la segunda se presentarán los mecanismos periféricos del sistema nociceptivo y sus profundas transformaciones con la inflamación. En la tercera parte se considerarán los mecanismos espinales en condición fisiológica e inflamatoria. Las recientes contribuciones de la neuroimagen exigen el desarrollo de un parágrafo adicional para describir los mecanismos cerebrales implicados en el dolor. Se evaluará la especificidad de una red de estructuras cerebrales implicada en la percepción del dolor. Un quinto y último parágrafo está dedicado a los mecanismos de control de la actividad espinal nociceptiva, con especial atención al paradigma de modulación que condiciona el dolor. Este artículo se completa con anexos centrados en temas específicos como la analgesia por estimulación somatosensorial, las técnicas de neuroimagen funcional, el concepto de «matriz del dolor» y la clasificación mecanicista de los síndromes dolorosos.