Además de las vías neurales implicadas en el procesamiento de la información sensorial en el SNC, existen también vías descendentes que se originan en él y que modulan la información que éste recibe. El circuito mejor conocido es el de las vías de modulación de la percepción del dolor. La activación de estos circuitos neurales produce analgesia.
La información nociceptiva puede ser modulada tanto por las aferencias sensoriales no nociceptivas que llegan a la médula espinal (Teoría del control de entrada del dolor), como por la activación de vías descendentes procedentes de diferentes estructuras del encéfalo que alcanzan la médula espinal y el tronco del encéfalo. La más importante de estas vías se origina en la sustancia gris periacueductal (GPA) del mesencéfalo y el puente, desde donde desciende hasta el bulbo raquídeo, concretamente al núcleo magno del rafe (NMR) y el núcleo reticular paragigantocelular (NRPG). Las neuronas de estos dos núcleos envían axones al asta dorsal de la médula espinal donde a su vez llegan las fibras aferentes nociceptivas.
Se ha descubierto también que el propio SN produce sustancias endógenas que al actuar en estos circuitos ejercen propiedades analgésicas, son los péptidos opioides. Estos sistemas de analgesia son activados para permitir la realización de conductas de importancia biológica para el individuo.