A dor do membro fantasma (DMF) é uma sensação dolorosa em um membro, órgão ou outros tecidos após amputação e/ou remoção. Sua etiologia exata não está esclarecida, porém possui caráter multifatorial. O quadro doloroso pode persistir, sendo sua cronicidade associada a alterações no padrão de sono, problemas mentais e piora da qualidade de vida. Analisar os mecanismos neurobiológicos envolvidos na DMF, bem como suas implicações terapêuticas.Trata-se de uma revisão integrativa. As bases de dados utilizadas foram o Pubmed, Scielo eLILACS. Os descritores utilizados foram: “Phantom Limb”, “Neuronal Plasticity”, “MirrorMovement Therapy”, “Therapeutic”, “Cortical Reorganization” e “CorticalDesynchronization”, associados ao operador Booleano “AND” e “OR”. Foram selecionados 9 artigos por meio dos critérios de inclusão: estudos dos últimos 5 anos, gratuitos, maiores de18 anos de idade, nos idiomas português, inglês e espanhol. Foram excluídos artigos de revisão e não relacionados ao tema. A DMF envolve mecanismos centrais e periféricos que contribuem para a reorganização do córtex sensório-motor após a amputação. Essa reorganização ocorre, principalmente, pela invasão de áreas corticais adjacentes, mas pode relacionar-se ao aumento de estímulos provenientes de outras regiões. As terapias possuem tendência de serem combinadas, dentre elas, as não farmacológicas, como a terapia do espelho, exercícios fantasmas, realidade virtual e estimulação magnética transcraniana, têm se mostrado promissoras ao modular circuitos cerebrais relacionados à dor. O estudo reforça a importância de compreender os mecanismos neurobiológicos da DMF como base para intervenções mais eficazes para melhor qualidade de vida dos pacientes.