La empatía, capacidad de percibir e incluso compartir la experiencia de otro individuo, desempeña un papel notable en la sensación de dolor. En 2006, Jeffrey S. Mogil, de la Universidad McGill, y su equipo hallaron que los ratones respondían a la sensación dolorosa con más presteza cuando advertían que a congéneres y compañeros de jaula también les dolía alguna parte del cuerpo. El propio Mogil, junto con Catherine Bushnell y Marco L. Logia, de la Universidad McGill, demostró en 2008 el mismo efecto en humanos. Para ello sometieron a una serie de probandos a un estímulo térmico doloroso antes y después de mostrarles un vídeo ideado para despertar en ellos empatía o desagrado hacia un actor, sentimiento que dependía de las preferencias personales. Cuando los participantes sentían el calor en una segunda ocasión, observaban al mismo actor bien bajo estímulos dolorosos o bien indoloros. Los espectadores que sentían empatía hacia el actor valoraban el dolor como más intenso y desagradable que aquellos que se mostraban indiferentes (tanto si se daban o no cuenta de que el personaje sufría). De hecho, cuanto más se identificaba una persona con el intérprete, mayor era la sensación dolorosa, fenómeno que confirma la idea de que la propia empatía altera la percepción del dolor.

Por otro lado, parece que la activación de las zonas cerebrales asociadas con la aflicción emocional provocada por el vídeo de alta empatía intensificaba la estimulación de las vías neuronales que gobiernan el dolor, ya que el dolor físico y la aflicción activaban zonas del cerebro semejantes. Otra conjetura sugiere que el efecto empático podría ser mayor en las relaciones más consolidadas. Eso explicaría por qué el cónyuge de una paciente con dolor crónico a menudo manifiesta sentir dolor.