Beeldvorming van de hersenen (neuroimaging) heeft nieuwe inzichten opgeleverd in de processen die ten grondslag liggen aan pijn. Chronische pijn gaat gepaard met functionele, structurele en chemische veranderingen in de hersenen wat erop wijst dat chronische pijn een cerebrale functiestoornis is. Er zijn nog vrijwel geen gevalideerde toepassingen van neuroimaging in de diagnostiek van pijn, maar er zijn al wel ontwikkelingen in klinische toepassingen. Effectiviteit van analgetica kan met neuroimaging worden gemeten. Met diverse (niet-) invasieve technieken kan ook direct op het niveau van de hersenen worden ingegrepen om pijn te behandelen. Daarnaast bestaan er verschillende behandelingen, zoals spiegeltherapie, die erop gericht zijn om normalisatie van disfunctionele gereorganiseerde hersenfunctie te bewerkstelligen. Toekomstig hersenonderzoek bij pijn zal zich richten op verdere ontwikkeling en validatie van deze techniek, het identificeren van factoren die betrokken zijn bij het chronisch worden van pijn en het bestuderen van de samenhang tussen genetische vatbaarheid en veranderingen in hersenprocessen.