El electroencefalógrafo funciona registrando las señales electrofisiológicas que se generan en el encéfalo por la suma de las corrientes eléctricas de millones de neuronas. Esas señales en forma de cambios de voltaje se recogen mediante electrodos, se amplifican y se representan en gráficas que se denominan registros electroencefalográficos o electroencefalogramas (EEG). En ratas y otros animales empleados en investigación, los EEG se obtienen mediante electrodos implantados en el interior del cerebro, mientras que en seres humanos se obtienen normalmente mediante electrodos superficiales adheridos al cuero cabelludo.
Al registrar el EEG de una persona en vigilia se obtienen gráficas similares a las de la figura 1 Cuando la persona a la que se practica el EEG está despierta, con los ojos abiertos y pensando activamente en sus cosas o realizando alguna tarea mental, se observan ondas beta, que se caracterizan por una frecuencia elevada, entre 14 y 30 hertzios, y una amplitud baja. Si a la persona se le pide entonces que cierre los ojos y se relaje, aparecen en el EEG ondas de frecuencia más baja, entre 8 y 13 hertzios, y mayor amplitud.
Estas ondas propias de la vigilia distendida y relajada se denominan ondas alfa.
Puesto que el EEG representa la suma de los cambios de voltaje a lo largo del tiempo de los cientos de millones de neuronas de la corteza cerebral situadas bajo los electrodos de registro, la frecuencia alta de bajo voltaje propia del ritmo beta se interpreta como el resultado conjunto de la actividad eléctrica de muchos circuitos neurales dedicados a diferentes funciones a la vez. Y eso es lo que sucede en la vigilia activa, durante la que los diferentes sistemas sensoriales están normalmente dedicados a percibir el entorno (el procesamiento visual ocupa una gran parte del cerebro sensitivo humano) al mismo tiempo que se consideran y se evalúan posibilidades de acción. O cuando se está intentando resolver un problema aritmético, tal como se suele pedir a los sujetos en las situaciones experimentales.
En contraste, cuando se cierran los ojos y, aun permaneciendo despierta, la persona se relaja, la actividad de esos diferentes circuitos de neuronas de la corteza alcanza mayor sincronía, y por eso el promedio de sus cambios de voltaje presenta el aspecto del ritmo alfa EEG, de frecuencia baja y amplitud un poco mayor.