กลไกการออกฤทธิ์ของการรักษาด้วยเข็มบล็อกเส้นประสาทมีดังนี้

(1) การปิดกั้นเส้นทางความเจ็บปวด;
(2) การสกัดกั้นวงจรอุบาทว์ของความเจ็บปวด: ในทางคลินิกพบว่าเวลาในการระงับปวดที่เกิดจากการใช้ยาชาเฉพาะที่ปิดกั้นเส้นประสาทนั้นนานกว่าเวลาออกฤทธิ์ของยาชาเฉพาะที่อย่างมีนัยสำคัญ ในผู้ป่วยบางราย อาการปวดที่กินเวลานานหลายปีสามารถบรรเทาได้ด้วยการรักษาด้วยการบล็อกเส้นประสาทเพียงครั้งเดียว เมื่อหลายวิธีล้มเหลว สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ายาชาเฉพาะที่ไม่ใช่กลไกการออกฤทธิ์เพียงอย่างเดียวสำหรับการรักษาความเจ็บปวด คิดว่าเป็นเพราะการรักษาด้วยการบล็อกเส้นประสาทซึ่งตัดวงจรอุบาทว์ของ "ความเจ็บปวด ® ความตึงเครียดของกล้ามเนื้อหรือกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดขนาดเล็ก ® ความเจ็บปวดที่ทวีความรุนแรงขึ้น"
(3) ปรับปรุงการไหลเวียนโลหิต: บล็อกซิมพาเทติกสามารถปรับปรุงการไหลเวียนของเลือดในพื้นที่ภายใน จึงช่วยปรับปรุงความเจ็บปวดที่เกิดจากการไหลเวียนโลหิตไม่ดี
(4) ฤทธิ์ต้านการอักเสบ: มีการศึกษายืนยันว่าการรักษาด้วยการบล็อกเส้นประสาท โดยเฉพาะอย่างยิ่งการบำบัดด้วยการบล็อกเส้นประสาทซิมพาเทติก มีฤทธิ์ต้านการอักเสบ จึงให้ผลระงับปวดที่ดี