电镜观察在前期牙本质和靠近牙髓的矿化牙本质中的成牙本质细胞突周间隙中有神经纤维。国内学者曾提出不仅在前期牙本质、矿化牙本质间质和小管内有神经纤维分布，其神经末梢甚至可越过釉质牙本质界，目前有很大争议。
牙本质无论对外界机械、温度和化学等刺激都有明显反应，特别是釉质牙本质界处和近髓处尤为敏感。这类反应所产生的唯一感觉就是“疼痛”，而这类感觉难以有明确的定位。
牙本质痛觉感受和传递机制，目前主要存在三种代表性的解释：神经传导学说、传导学说、流体动力学说
（一）神经传导学说（direct innervation theory）基础是刺激直接作用于牙本质小管内的神经末梢并传导至中枢。然而，有人曾在暴露的牙本质表面应用蛋白凝固剂或局部麻醉剂封闭，并未能缓解疼痛。而且釉质牙本质界处的牙本质较深层的牙本质对这类刺激更为敏感也无法用该学说解释。
（二）传导学说（trransduction theory）认为成牙本质细胞是一个受体，感觉从釉质牙本质界通过成牙本质细胞突起至细胞体部，细胞体与神经末梢紧密相连，得以传导至中枢。该学说的依据是成牙本质细胞来自于胚胎时期的神经嵴细胞，具有神经传导的潜在能力。有人还发现成牙本质细胞与近髓腔的神经有着缝隙连接。然而，也有认为成牙本质细胞突起往往只局限于牙本质小管的内1/2区域，因此，此学说的依据尚不充分。
（三）流体动力学说（hydrodynamic theory）认为小管内有液体，对外界刺激有机械性反应。受冷刺激由内向外流，受热刺激由外向内流，这种液体流动引起成牙本质细胞及其突起的舒张和收缩，从而影响其周围的神经末梢。这不仅解释了为何局部麻醉剂不能缓解疼痛，同时釉质牙本质界处牙本质小管分支多而使其对痛的敏感性增高也印证了这一学说。
综上所述，目前尚难用一种学说来完全阐明牙本质的感觉传导，可能是几种不同的机制在同时发挥作用。
