Przejście od bólu ostrego do przewlekłego jest złożonym procesem związanym ze zmianami zachodzącymi w obwodowym i ośrodkowym układzie nerwowym oraz z innymi czynnikami wpływającymi na utrzymywanie się bólu.
Jednym z procesów mogących uczestniczyć w utrwalaniu nadwrażliwości bólowej jest sensytyzacja ośrodkowa. Wiąże się ona ze zwiększeniem pobudliwości i skuteczności transmisji synaptycznej w ośrodkowych drogach nocyceptywnych oraz może powodować nasilenie odpowiedzi na bodźce i rekrutację wcześniej podprogowych sygnałów aferentnych.
Znaczenie w przechodzeniu bólu ostrego w przewlekły mają również czynniki psychospołeczne. W przeglądzie systematycznym obejmującym 18 badań w 15 stwierdzono związek co najmniej jednego badanego czynnika psychospołecznego z późniejszą przewlekłością bólu. W poszczególnych badaniach z większym ryzykiem utrzymywania się bólu wiązały się m.in. objawy depresyjne oraz zachowania związane z lękiem i unikaniem aktywności.
Przejście od bólu ostrego do przewlekłego nie jest wyłącznie przedłużeniem czasu trwania tego samego procesu.