La douleur est une cause majeure de l'insomnie chez les malades et plus de 70% des patients en douleur se plaignent de troubles du sommeil. Des études polysomnographiques ont démontré que les patients éprouvant de la douleur chronique affichent une perturbation marquée de la structure et de la continuité du sommeil. Les constatations les plus courantes sont: changements fréquents de phases de sommeil, augmentation des réveils nocturnes, diminution du sommeil à ondes lentes et du sommeil à mouvements oculaires rapides, augmentation du sommeil superficiel et des mouvements du corps, intrusion électroencéphalographique (EEG) de sommeil alpha-delta, augmentation du nombre d'éveils et du taux de pattern d'activation cyclique (PAC). Le PAC est un marqueur physiologique du sommeil instable qui amplifie les réactions aux événements perturbateurs de la consolidation du sommeil. Ainsi, la qualité du sommeil dépend de mécanismes cérébraux qui évaluent les événements externes afin de protéger l'intégrité vitale. Ces mécanismes, situés au niveau thalamique, commande le maintien du sommeil, l'éveil bref ou le réveil comportemental, selon le risque que représente l'événement en cause. Pendant le sommeil, le système neurovégétatif demeure réceptif aux stimuli externes et opère en synchronie avec le processus PAC. Chez les sujets sains, la stimulation thermique nociceptive provoque une accélération du rythme cardiaque peu importe la phase du sommeil, avec un gradient décroissant de la phase 2 au sommeil à ondes lentes et au sommeil MOR. Les réponses autonomiques peuvent varier chez les patients fibromyalgiques n'affichant pas la diminution normale de l'activité sympathique pendant le sommeil et chez les patients éprouvant de la douleur chronique qui sont déjà aux prises avec la fragmentation du sommeil ou l'insomnie. Les modifications spécifiques du sommeil découlant d'un syndrome unique de douleur ou de parasomnies associées à la douleur pendant le sommeil (par ex. le bruxisme, les crampes nocturne dans les jambes et le reflux gastro-œsophagienl sont également décrites.