上述三个维度都存在于心理层面上。可以说，除了外来的伤害性刺激以及由它直接触发的神经活动之外，疼痛的所有现象都存在于心理层面，无法简单地用物质层面的任何个别的变化或现象加以解释。
　　
　　疼痛的三个维度是相互作用的。显然，疼痛感觉是相关情绪和认知活动的基础。没有最初的疼痛感觉，也就无从产生情绪和认知活动。当然，疼痛情绪和感觉是平行传导的；因此疼痛的情绪有可能独立于疼痛感觉而存在。这就是那些不明原因的不适感的由来。但大部分情绪都继发于疼痛感觉形成之后，并且随着疼痛的持续，这些情绪反应会变成长期的比较固定的反应模式，形成痛觉的远期情绪反应。反过来，情绪状态也影响着机体对疼痛的感觉。适当的情绪变化可以产生镇痛效应；但持续的不良情绪又会放大对内在疼痛的觉受，加重慢性疼痛的病情。
　　
　　临床资料表明，疼痛和焦虑/抑郁状态具有很强的共病性。即患有焦虑/抑郁的患者，他们的慢性疼痛发病率显著增加；反之亦然。然而，如果给具有抑郁倾向的人以外来的伤害性刺激，那么他们的主观疼痛感觉不仅不会增强，甚至反而减低。这种矛盾的现象提示，慢性疼痛时患者的自觉疼痛症状和机体对外来伤害性刺激的感受可能是两种有很大差别的过程。产生这种差别的内在机制正在研究之中。
　　
　　疼痛的感觉和情绪都可以进入意识水平，形成认知活动；反过来，认知活动也会大大影响疼痛的感觉和情绪。众所周知，工伤所致的疼痛通常较难治愈，因为这种疼痛所致的残疾有工作单位买单；战场上的伤痛通常情绪反应较轻，因为生死关头，心理只想着战斗到底。更为严格的实验研究表明，认知水平的调节对疼痛的感觉和情绪具有更为深刻的作用。例如，用催眠疗法不仅可以止痛，而且还可以分别调节疼痛的感觉和情绪成分；更重要的是，催眠镇痛可以直接作用于处理疼痛感觉和情绪信息的皮层区域，并分别对它们加以调节。
　　
　　安慰剂效应是另一个认知影响疼痛非常突出的例子。研究表明，各类镇痛药物的疗效中，安慰剂的作用均占有相当的比例。如果药物改为隐藏用药，那么其镇痛效果通常都会锐减。进一步研究表明，安慰剂效应当中包含两类：即对治疗的一般信念，以及对本治疗方法的特殊响应。前者只要接受者相信该治疗有效，即会产生；后者则取决于接受者此前对于声称正在进行的治疗的经验。如果此前疗效不佳，那么安慰剂效应也很差；反之，则疗效会很好。
　　
　　疼痛是一种可以通过心理传播的状态。许多慢性疼痛性疾病具有家族史。研究表明，观看亲人接受疼痛刺激时，人们会在内心产生一种共情现象，感同身受。此时在观看者的脑中，可以观察到与疼痛情绪相关的脑区被激活。有趣的是，这种现象存在性别差异。女性看到任何人遭受痛苦都会产生共情。而男性则只会对自己喜欢的人产生共情；看到自己讨厌的人遭受痛苦时不仅不会同情，甚至会产生快感。因此，疼痛现象中有相当一部分可能是“习得”的，也就是说通过认知活动，从其它人那里接收了这些疼痛行为。
　　
　　总之，疼痛现象与心理活动是密不可分的。阐明这些心理活动的作用规律，对于理解疼痛过程，对于提高临床疼痛疗效，都具有重要意义。