Вивчення механізмів болю тривалий час, починаючи з Р. Декарта, ґрунтувалося на самоспостереженнях і аналізі експериментатором власних відчуттів.
Особливий інтерес у цьому відношенні являють самоэксперименты Геда (Н. Head, 1903). Спостерігаючи за регенерацією перерізаної гілочки променевого нерва, він дійшов висновку про існування двох форм больової чутливості - протопатической і эпикритической; перша визначає грубі нелокалізованние відчуття болю, друга - біль тонко диференційовану, строго локалізовану. Едріанн (Е. D. Adrian, 1932) вперше вдалося зареєструвати імпульсацію в чутливих нервах, що стало об'єктивним критерієм для вивчення механізмів болю.
Зовнішніми об'єктивними ознаками больових реакцій прийнято вважати відповідну агресивну або оборонну поведінку у вигляді моторних реакцій, міміку, сльозотеча, крики і стогін, пило-моторні, зіничні рефлекси та ін. Біль характеризують також спеціальні вегетативні показники - зміни кров'яного тиску, серцевої діяльності, дихання і т. п. Таким чином, больова реакція є інтегрованою реакцією, яка об'єднує моторні і вегетативні механізми. Враховуючи труднощі оцінки емоційних проявів болю у тварин, Шеррингтон (С. Sherrington) запропонував називати рефлекторні реакції тварин, що виникають у відповідь на ушкоджуючий вплив, ноцицептивних рефлексами (від лат. nosere - шкодити і capere - брати, брати). Останнім часом для характеристики больової реакції і оборонного стану тварин запропоновані спеціальні інструментальні методики. Тварини при больових реакціях або сигнали, що сповіщають про больовому подразненні, виробляють спеціальні дії - натискання на важелі, кнопки і т. п.
