Grande parte de nossas informações sensoriais aferentes estão relacionadas com áreas específicas no córtex cerebral, o que permite a construção de uma espécie de mapa do nosso corpo. Essa "imagem" interna representa nosso próprio ser físico, com total reconhecimento de todos os membros.

Assim, uma perda de parte do corpo levará a síndrome do membro fantasma devido a persistência desta parte perdida em permanecer na "imagem" interna do cérebro durante algum tempo. O reconhecimento da perda do membro é um processo muito lento, onde o cérebro tem que reagir ao desaparecimento repentino das informações sensoriais vindas desse membro e reprogramar a área que não exerce mais funcão útil.

Entre as principais causas de complicações nas amputações está, além da síndrome do membro fantasma, a dor fantasma. Essa dor se caracteriza por sensações dolorosas em partes do membro que foram retiradas na cirurgia. A dor é intensa, podendo ser ocasional ou contínua. Os mecanismos pelos quais a dor fantasma ocorre ainda não foram totalmente definidos, porém, sabe-se que ela é produzida pelo mau funcionamento do sistema nervoso e por fatores psicológicos.

As teorias psicogênicas baseiam-se no fato de que existem conflitos pessoais internos gerados pela mutilação e pela incapacidade, onde o indivíduo não aceita a perda do membro. Outro dado importante desta teoria é o fato da dor ser aliviada pela hipnose, pela psicoterapia e por técnicas de relaxamento.