大脑是中枢神经系统，它接受周围神经传导的各种信号。神经传导是依靠局部电流来完成的。因此，它要求神经纤维在结构和功能上都是完整的。如果神经纤维被切断或局部受麻醉药作用而丧失了完整性，则因局部电流不能很好通过断口或麻醉区而发生传导阻滞。

神经生物电的产生和传导涉及很多电化学内容，电信号在神经元内是通过电位传导，电流由兴奋部位传向未兴奋部位；在神经元间由化学递质来传递，突触前膜有突触小泡，化学递质被包在其中，突触小泡通过突触前膜向突出间隙释放化学递质，即乙酰胆碱或单胺类物质，这些物质可以刺激突触后膜使后膜上钠通道打开，此时后膜上由静息电位变为动作电位，开始在下一个神经元内通过电位传导兴奋。

一般认为，脑电图记录的电位变化是由突触后电位形成的，是大量神经元同步活动的突触后电位的总和，皮层神经元的树突平行伸向脑膜下，在大脑皮层的浅层排列十分密集，皮层浅层内的大量树突是产生局部去极化和超极化的部位，这种电位的变化，通过容积导体在脑表面上显示出电位波动。丘脑中线核群与大脑皮层之间有交互振荡性活动，这种振荡活动可以阻滞皮层神经元接受或处理特异性感觉传入，这与睡眠时的慢波脑电活动的产生有关。研究发现，动物在睡眠时丘脑的神经元常有节律性慢波发放，觉醒时有紧张性高频率波产生，与脑电图在不同状态时的波形相似。同理，脑电图实际也不是真实的脑电图，而是脑电通过周围组织传到头皮的生物电，由于检测位置的不同，检测到的生物电波形变化很大。

人的大脑有约140亿个脑细胞，其中有2.5亿个神经细胞。神经细胞活动时可以产生各种生物电信号，脑电图就是利用脑电图机记录到的人脑生物电的信息，由于大脑细胞生物电的活动不同步，因此，脑电图很难呈现出规律性，也造成了脑电图临床应用的难度。