BEO'nun anksiyolitik ve antinosiseptif etkilerinden biri, GABAerjik sistemin modülasyonu yoluyla gerçekleşir. BEO'nun ana bileşenlerinden biri olan linalool, merkezi sinir sisteminde (CNS) gamma-aminobutirik asit (GABA) reseptörlerinin aktivitesini artırdığı gösterilmiştir. GABA, nöronal uyarılabilirliği ve anksiyeteyi azaltan birincil inhibitör nörotransmiterdir. Linalool'un GABAerjik iletimi artırması, CNS'deki ağrı sinyali yollarını düzenleyerek ağrı algısını dolaylı olarak azaltabilir.

BEO'nun iltihap önleyici etkisi, TNF-α, IL-6 ve IL-1β gibi proinflamatuar sitokinlerin üretimini azaltmasıyla gerçekleşir. Bu antiinflamatuar etki, reaktif oksijen türlerini (ROS) nötralize eden ve oksidatif stresi önleyen antioksidan özelliklerinden kaynaklanır. Oksidatif stresin ve iltihabın azaltılması, BEO'nun artrit ve nöropati gibi durumlarda iltihaplı ağrı yanıtını hafifletmesini sağlar.

TRPV1 (transient receptor potential vanilloid 1) reseptörleri, özellikle ısı ve iltihaplanmaya yanıt olarak ağrı hissinde önemli bir rol oynar. BEO ve bileşenleri olan limonen ve linalil asetat, TRPV1 reseptörleri ile etkileşime girerek bu reseptörlerin aktivasyonunu azaltır. Bu mekanizma, TRPV1 reseptörlerinin aşırı aktivitesinin ağrı hassasiyetini artırabildiği nöropatik ağrıda özellikle önemlidir. Bu reseptörlerin inhibe edilmesi, BEO'nun beyne iletilen ağrı sinyallerini hafifletmesine yardımcı olur.

BEO'nun aromaterapi ile kullanımı, vücutta doğal ağrı kesici peptitler olan endorfinlerin salınımını artırmakla ilişkilendirilmiştir. Endorfinler, beyindeki opioid reseptörlerine bağlanarak ağrı algısını azaltır. BEO'nun inhalasyonu veya topikal uygulaması, olfaktör yolları uyararak bu peptitlerin salınımını teşvik edebilir ve vücudun doğal ağrı kesici mekanizmalarına katkıda bulunabilir.

Ön araştırmalar, BEO gibi esansiyel yağların, ağrı, ruh hali ve iltihaplanmayı düzenlemede önemli bir rol oynayan endokannabinoid sistemi (ECS) ile etkileşime girebileceğini öne sürmektedir. BEO, anandamid gibi endokannabinoidlerin seviyelerini etkileyebilir; bu molekül, CNS'deki CB1 reseptörlerine bağlanarak analjezik etkiler sağlar. Bu etkileşim, BEO'nun sakinleştirici ve ağrı kesici etkilerine katkıda bulunabilir ve *Cannabis sativa* türevi kannabinoidlerin etkilerine benzer olabilir.

Çok sayıda preklinik çalışma, BEO'nun hayvan modellerinde ağrı kesici etkilerini göstermiştir. Örneğin, kemirgenlerde yapılan araştırmalar, BEO'nun inflamatuar ağrı modellerinde ağrı algısını, inflamatuar belirteçleri düzenleyerek ve vazodilatasyon ve ağrı modülasyonunda önemli bir sinyal molekülü olan nitrik oksit (NO) üretimini artırarak azalttığını göstermiştir. BEO'nun NO seviyelerini artırma yeteneği, aynı zamanda kan akışını iyileştirdiğini ve kas ve eklem ağrılarını hafifletebileceğini de göstermektedir.