Zmiany nie ograniczają się do rdzenia kręgowego. Nieprawidłowa aktywność neuronalna może występować również w strukturach pnia mózgu, wzgórza i kory mózgu. Uszkodzenie układu nerwowego może ponadto zmieniać działanie zstępujących układów modulujących transmisję nocyceptywną, zaburzając równowagę między hamowaniem a ułatwianiem przewodzenia sygnałów bólowych.
Mechanizmy neuroimmunologiczne W odpowiedzi na uszkodzenie nerwu aktywowane mogą być również komórki układu odpornościowego oraz komórki glejowe. Uwalniane przez nie cytokiny, chemokiny, czynniki wzrostowe i inne mediatory mogą wpływać na pobudliwość neuronów i transmisję synaptyczną.
W badaniach eksperymentalnych szczególną rolę przypisuje się mikroglejowi oraz astrocytom w rdzeniu kręgowym. Badania wskazują, że różne populacje i stany czynnościowe mikrogleju mogą uczestniczyć zarówno w powstawaniu i podtrzymywaniu, jak i wygaszaniu zmian związanych z bólem neuropatycznym. Znaczna część wiedzy o szczegółowych szlakach neuroimmunologicznych pochodzi jednak z modeli eksperymentalnych, a ich znaczenie dla poszczególnych postaci bólu neuropatycznego u ludzi pozostaje przedmiotem badań.