Sensytyzacja obwodowa może przyczyniać się do zwiększonej reaktywności na bodźce mechaniczne i termiczne, choć nie jest zjawiskiem swoistym dla bólu neuropatycznego.
Mechanizmy ośrodkowe Zmiany aktywności neuronów obwodowych mogą prowadzić do trwałych zmian przetwarzania informacji czuciowej w ośrodkowym układzie nerwowym. Jednym z takich zjawisk jest sensytyzacja ośrodkowa, czyli zwiększona reaktywność neuronów nocyceptywnych ośrodkowego układu nerwowego na prawidłowy lub podprogowy sygnał aferentny. Może ona powodować nasilenie odpowiedzi na bodźce oraz rozszerzenie obszaru nadwrażliwości poza miejsce pierwotnego uszkodzenia.
W rogach tylnych rdzenia kręgowego po uszkodzeniu nerwu obserwuje się zmiany plastyczności synaptycznej i funkcjonowania sieci neuronalnych. Mogą one obejmować zwiększoną transmisję pobudzającą oraz osłabienie hamowania zależnego między innymi od GABA i glicyny. Osłabienie hamowania może ułatwiać przekazywanie do szlaków nocyceptywnych sygnałów związanych z bodźcami, które w prawidłowych warunkach nie wywołują bólu, i jest jednym z mechanizmów mogących uczestniczyć w powstawaniu allodynii.