牙疼的原因有很多种，最常见的是牙髓病，还有一些其它非龋性疾病也可导致牙痛。
当龋齿(蛀牙)发展到一定的深度，达到牙髓或接近牙髓时，龋洞内的细菌就可以直接或通过牙本质的小管而进入到牙髓腔内，引起牙髓病。牙髓病引起的牙痛是极难忍受的，在外界没有刺激的情况下，也可产生剧烈的自发性疼痛，疼痛为间歇性。多数患者在晚上睡眠时疼痛更重，这是因为卧位比站立时头处于更低的位置，牙髓腔内更易充血，从而使髓腔内的压力升高而压迫神经，所以疼痛更重。冷热刺激可使牙痛加重。患牙髓病时疼痛常沿三叉神经分布区放射到同侧的上下牙和头面部，所以患者常有半侧头痛、太阳穴痛的症状。
由于牙髓内神经末梢只有痛觉感受器而没有定位感受器，所以患者往往分辩不清哪个是病牙，有时上牙痛却感觉是下牙痛。如果龋齿发展为牙髓病，这时疼痛更加激烈，呈跳痛，热刺激可以使其加重，而冷的刺激可以缓解疼痛，这种病人往往喜欢含一口冷水。再发展到根尖炎时，病人感觉牙长高了，不敢用病牙咬东西。
牙周病可引起两种不同性质的牙痛。最常见的是咀嚼痛。由于牙周组织的炎症，牙周袋内化脓，而使患者咬东西时非常疼痛。另一种疼痛与龋齿引起的牙髓病相似。主要是因为当牙齿非常松动时，细菌由牙周袋到达牙根末端的根端孔，再经根端孔进入牙髓腔内引起牙髓病而疼痛。楔状缺损和磨耗
年纪大的人因为牙齿己经用了几十年，牙齿咬牙合面的磨耗和牙颈部的缺损都相当严重，当牙牙合面的磨耗和颈部的缺损接近或达到牙髓时，口内的细菌就可以进入牙组织而引起牙髓病、根尖炎，甚至颌面软件组织发炎肿胀，从而引起疼痛。