Ogni funzione mentale conscia e inconscia è il risultato della comunicazione elettrica tra i neuroni del cervello umano. Non è possibile registrare in maniera non invasiva l’attività elettrica del singolo neurone, tuttavia la tecnica EEG è in grado di misurare le fluttuazioni di potenziale elettrico sopra lo scalpo causate dalla contemporanea attività elettrica di una popolazione di neuroni. Tali fluttuazioni di potenziale possono essere caratterizzate in termini di contenuto spettrale (bande o ritmi EEG) o di caratteristiche nel dominio del tempo (Potenziali Evocati ed Evento-Correlati).

L’attività elettrica cerebrale spontanea (normalmente chiamata “onde cerebrali”) di una particolare area in una particolare banda può essere associata a specifici processi cognitivi (es. memorizzazione, decision making, …) e stati mentali (es. carico mentale, fatica, stanchezza). L’analisi dei Potenziali Evocati (EP) consiste nel mediare l’attività EEG sincrona con la presentazione di uno stimolo esterno di vario genere (visivo, acustico, somatosensoriale). I Potenziali Evento-Correlati si riferiscono alle risposte EEG sincrone con processi più complicati di stimoli esterni.

L’EEG è spesso usato per diagnosticare l’epilessia ad esempio, che causa anomalie nelle onde EEG. È anche usato per diagnosi di disturbi del sonno, coma, encefalopatie, e morte cerebrale. In generale, si è soliti usare l’EEG come metodo primo utilizzo in tutte le applicazioni cliniche riguardo il cervello umano, grazie alla sua non-pericolosità per il paziente, comparata con la Tomografia Computerizzata (CT), è relativamente economica e non ingombrante, se comparata con la Risonananza Magnetica (MRI), ed ha una maggiore risoluzione temporale (millisecondi), non ottenibile con CT o MRI.

Oltre alle applicazioni cliniche, grazie ai suoi vantaggi la tecnica EEG è ampiamente utilizzata nella ricerca in neuroscienze, psicologia cognitiva, psicofisiologia e neuroergonomia.