疼痛是一种复杂的生理心理活动，是临床上最常见的症状之一。它包括伤害性刺激作用于机体所引起的痛感觉，以及机体对伤害性刺激的痛反应如躯体运动性反应和/或内脏植物性反应，常伴随有强烈的情绪色彩。痛觉可作为机体受到伤害的一种警告，引起机体一系列防御性保护反应。但另一方面，疼痛作为报警也有其局限性，如癌症等出现疼痛时，发现时往往已为时太晚。而某些长期的剧烈疼痛，对机体已成为一种难以忍受的折磨。因此，镇痛是医务工作者面临的重要任务。
关于疼痛发生的基础，一般认为和中枢与外周炎症反应和氧化应激密切相关，但是真对这两种因素的镇痛方法并没有进入临床，主要是因为缺乏非常安全简单的抗炎症抗氧化工具。氢气作为一种新型的安全的抗炎症抗氧化物质，也有学者进行了这方面的研究，初步结果表明氢气具有这种作用，给氢气在临床镇痛方面的广泛应用奠定了基础。
用氢气治疗疾病的范围非常大，如氢气生理盐水用于缓解神经痛。利用大鼠脊神经结扎神经病理性疼痛模型，葛等发现氢气饱和生理盐水椎管内注射能缓解机械痛和热痛过敏，研究还发现预先给予氢气生理盐水能预防神经疼行为，脊髓组织切片染色发现脊神经结扎侧脊髓背角8-OHdG阳性细胞数量减少，组织蛋白水平分析发现脊髓硝基酪氨酸水平下降，但是脊髓组织中MnSOD硝基酪氨酸水平未见变化。研究还发现氢水治疗产生镇痛效应的同时，脊髓激活的星形角质细胞和小角质细胞数量下降，脊髓组织炎症因子IL-1β和TNFα表达下调。
Kawaguchi等发现，饮用氢水后小鼠部分坐骨神经结扎诱导的神经病理痛明显缓解。虽然氧化应激是疼痛产生的重要原因，但反复注射强抗氧化物质不方便作为镇痛手段，通过饮用氢水是比较方便的抗氧化工具。该研究发现，小鼠持续饮用氢水后模型动物机械和热疼痛敏感均被缓解。氢水疼痛症状缓解作用主要发生在疼痛诱导阶段，但是在疼痛维持阶段饮用氢水并不能产生明显效果。使用免疫组织化学染色发现，饮用氢水可以显著减少脊髓内4羟基2壬烯醛（4-HNE）和8-OHdG水平。瑞芬太尼可以诱导人类和动物痛敏感，MnSOD硝基化失活和NMDA受体激活参与中枢病理性痛的诱导和维持过程，氢气作为选择性抗氧化物质，能清除超氧阴离子，缓解神经病理痛。使用腹腔注射氢气生理盐水，张等发现氢气可以缓解瑞芬太尼诱导的大鼠术后疼痛过敏，证明氢气可以明显降低机械和热痛敏感。研究发现，瑞芬太尼诱导的大鼠术后疼痛过敏有剂量依赖性，并伴随着NMDA受体NR2B从细胞内向细胞膜转位和MnSOD硝基化水平提高。预先腹腔注射氢气生理盐水能避免上述表现和改变。
氢气对疼痛治疗的基础有两个，一是许多疼痛和炎症相关，甚至疼痛形成的中枢基础都和炎症反应密切相关，另一个是氧化应激是疼痛的重要基础，抗炎症和抗氧化药物可以产生效果，氢气作为一种理想的抗氧化抗炎症手段具有镇痛效果可以理解。
