Wahrnehmung von Schmerz ist ein Warnsignal unseres Körpers. Durch ihn wird angezeigt, dass etwas nicht stimmt. Er wird durch Verletzungen des Gewebes, Temperaturabweichungen und chemische Prozesse ausgelöst.

Die Signale, die zum Beispiel melden, dass ein Muskel übersäuert oder ein Finger verletzt ist, werden von bestimmten freien Nervenenden (Schmerzrezeptoren) übermittelt. Die Wahrnehmung von Schmerz erfolgt durch einen elektrischen Impuls die Nervenbahnen entlang, die durch das Rückenmark ins Gehirn führen. Dort wird dieses Signal in verschiedenen Regionen bearbeitet und ausgewertet. Erst hier wird der Impuls zum Schmerz. Wenn wir uns auf ihn konzentrieren, wird das Gehirnareal aktiver und der Schmerz wird stärker; daher sollte man versuchen sich von dem Schmerz abzulenken, sodass andere Areale im Gehirn aktiviert werden.

Das Schmerzempfinden kann vom Gehirn durch Botenstoffe gesteuert werden. Die Reizweiterleitung der Nervenbahnen wird, beispielsweise durch Serotonin, unterbrochen. Je nach Konzentration dieses Botenstoffes empfindet man den Schmerz als stark oder als eher schwach. Es besteht der Verdacht, dass bei primären Kopfschmerzen, wie Spannungskopfschmerzen oder Migräne, zu wenig Serotonin vom Körper produziert wird beziehungsweise unreguliert ausgeschüttet und aufgebraucht wird.

Bei vielen Kopfschmerzformen kann über die Ursache der Kopfschmerzen nur spekuliert werden. Der Kopfschmerz mit der höchsten Häufigkeit, und zwar Kopfschmerz vom Spannungstyp, wird gewöhnlich in mehrere Unterformen unterteilt. Ein Teil der Patienten mit Kopfschmerzen vom Spannungstyp weist keinerlei Hinweise für Kopfmuskelverspannungen auf, weshalb Experten annehmen, dass einige Menschen schlicht von Natur aus mit einem weniger gut funktionierenden Schmerzabwehrsystem ausgerüstet sind.