La ketamina es un antagonista no competitivo de los receptores NMDA y tiene un amplio mecanismo de acción que involucra, además, a los receptores AMPA, opioides, entre otros. Actúa sobre los canales de calcio y sodio, interviene en la síntesis y liberación del óxido nítrico e inhibe la re-captación de serotonina.
La interacción con todos estos mecanismos de acción hace que tenga una importante participación sobre mecanismos del dolor, inflamación, neuroprotección y tolerancia de opioides.
Se dispone de evidencia sobre la eficacia de la ketamina en pacientes con dolor oncológico refractario y en el síndrome doloroso regional complejo (SDRC).
En el dolor neuropático, la ketamina se ha mostrado especialmente eficaz en el control de la alodinia, hiperalgesia e hiperpatía.