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壓力反應受到反覆活化之後，可能會導致廣泛性焦慮症（generalized anxiety disorder），這種情緒疾患的特色是過度擔憂、緊張性的行為、焦躁、不安、疲倦、注意力難以集中、肌肉緊繃和睡眠障礙。在研究實驗中，透過人為刺激來模擬醣皮質類固醇對杏仁核的效應，確實會造成老鼠發展出類似於焦慮的情況。

長期受焦慮所苦的人，處於一種持續不退的高張壓力狀態，他們總是急躁不安，處於情緒張力的邊界，擔憂著那些幾乎不可能發生的事。對於負面事件強烈的預期心理，使得他們對各種刺激都過度反應，包括疼痛。

研究發現，與對照組相比，焦慮的病人對冷和熱刺激的反應都更為強烈，他們更快將手指抽回，也把疼痛的程度評得比較高，如果讓健康受試者誘發出疼痛相關的焦慮，也會得到類似的結果，這顯示即使一個人沒有廣泛性焦慮症，仍然可能對某個類型的疼痛發展出焦慮。

受焦慮所困擾的人所記得的疼痛經驗，也比當時實際的疼痛程度來得嚴重。在一個對接受牙科處置者進行的調查顯示，術前焦慮程度最高的人回報的疼痛程度不只比對照組高，而且在三個月後再次接受調查時，受訪者依其記憶為當時的疼痛評分，所得的分數甚至比他們原本評的還高。

遺憾的是，這種不實際的疼痛記憶只是進一步地增加負向預期而已，使得他們在下一次接受牙科處置時更覺疼痛。

類似的調查啟發了近一步的研究，測試抗焦慮藥物舒緩疼痛的效力， 如苯甲二氮䓬（ d i a z e p a m ）和氯二氮平（chlordiazepoxide），這些藥物目前是長期疼痛者的常規處方藥。抗焦慮藥物作用於疼痛感知的「反應」部分，它會讓神經系統慢下來、不至於太激動，以藉此紓緩疼痛經驗。

在創傷後壓力症候群（post-traumatic stress disorder，簡稱PTSD）這樣的焦慮狀況裡，壓力、記憶和疼痛一擁而上。創傷後壓力症候群，往往形成於人們歷經某個他們認為威脅自身或是他人福祉的事件之後，這樣的狀況可以是單一次的經驗，例如車禍、遭受攻擊或是天災；也可以導因於反覆暴露於高度壓力的情境，像是戰鬥或受到長期虐待。