Один из важных факторов возникновения болей - повышение чувствительности периферических ноцицепторов в ответ на воздействие эндогенных алгических агентов. Это может быть обусловлено энергетической недостаточностью либо нейрогенным воспалением вследствие мышечных, нейрональных или микроциркуляторных изменений. Результат сенсибилизации и гипервозбудимости ноцицепторов - гипералгезия, повышение импульсной активности, приводящей к снижению механического порога, и реагирование на физиологические стимулы.
Определённую роль в развитии фибромиалгии могут играть эндокринологические нарушения, в частности аномалии функционирования системы "гипоталамус-гипофиз-надпочечники" и недостаточная выработка гормона роста. Ряд исследований указывает на возможное участие нарушения симпатической реактивности в формировании фибромиалгии.
Для фибромиалгии характерна болевая дизингибиция в связи с изменением в балансе между ингибиторными и возбуждающими нервными импульсами в нисходящих путях из ствола мозга в спиной мозг. Отмечают снижение уровня серотонина, повышение уровня субстанции P, фактора роста нервов в спинномозговой жидкости. Совокупность данных факторов приводит к развитию центральной сенситизации спинальных ноцицептивных нейронов. При центральной сенситизации снижается болевой порог, расширяется область отражённой боли и увеличивается временная суммация стимулов, достигающих ноцицептивных спинальных нейронов с периферии, что закономерно приводит к аллодинии. Снижение при фибромиалгии регионарного церебрального кровотока в гемиталамусе и в области каудального ядра в результате увеличения экспозиции ноцицептивных импульсов, а также кортикальная реорганизация способствуют аномальному болевому восприятию.
Возможным путём индукции гипералгезии в ЦНС может быть активация глиальных клеток и высвобождение провоспалительных цитокинов.