Valuaisting arenes välja selleks, et organismid väldiksid kahjulikke või surmavaid stiimuleid. Valul on tugev emotsionaalne komponent, aga ka tunde tõeline füsioloogiline alus. Valufüsioloogilised uuringud on näidanud, et valu tajutakse ja edastatakse ajju sarnaselt muude füüsiliste aistingutega nagu temperatuur või puudutus.
Paljudel loomadel, sealhulgas inimestel, on valule spetsiifilised retseptorid, mida nimetatakse notsioretseptoriteks. Need eksisteerivad kogu kehas, välja arvatud ajus, ja on vabad närvilõpmed. Valulike stiimulite juuresolekul panevad nad notsiotseptorraku süttima. Valu põhjuseid võib olla palju, kuna mehaanilised, keemilised, elektrilised ja bioloogilised stiimulid võivad põhjustada tulistamist.
Pärast notsiotseptori esmast vallandamist edastatakse signaal teistele rakkudele, mis edastavad teabe selja- ja ajju. Kaasaegse valufüsioloogia uuringute kohaselt tajutakse valu siis, kui need signaalid jõuavad kesknärvisüsteemi. Talamus on esimene piirkond, kus valu tuntakse.
Seejärel kandub signaal limbilisesse süsteemi, mis moodustab valu emotsionaalse aspekti, ja samaaegselt ka ajukooresse. Siin toimub valu tõlgendamine ja tajumine. Mõned ajukoore osad, sealhulgas esmane sensoorne ajukoor, võimaldavad määrata valu allika.
Valu füsioloogias on kahte erinevat tüüpi närvikiude, mis põhjustavad kahte tüüpi valu. Esimene tüüp, mida nimetatakse A-kiududeks, edastab kiiret teavet äkilise valu, näiteks lõike või põletuse kohta. Kiire ülekanne võimaldab refleksreaktsioone, näiteks valu põhjusest eemaldumist, enne kui aju isegi valu ise tajub.
Teine valufüsioloogias oluline närvikiudude tüüp on väiksem C-kiud. Need kiud edastavad teateid pärast esialgset valutunnet ja annavad edasi tuimad valud või kerged põletused, mis tekivad pärast tugevamat esialgset valu. C-kiudude sõnumid edastatakse aeglasemalt nende suuruse tõttu ja seetõttu, et nende aksonid ei ole müeliini mähitud. Arvatakse, et nad vastutavad teatud kroonilise valu tunde eest.
Valu füsioloogia mõistmisel on ilmnenud erinevad valuvaigistite eesmärgid. Paljud valuravid keskenduvad valu emotsionaalse komponendi, sealhulgas narkootiliste valuvaigistite, valusignaalide pärssimisele. Käsimüügis olevad valuvaigistid vähendavad sageli põletikku ja esialgsete valusignaalide edastamist notioretseptoritelt. Teised valuvaigistid hõlmavad epilepsiavastaseid ravimeid, mille eesmärk on takistada närvisüsteemis valesti süttivate rakkude pidevat valu tajumist.