那么，心脏的电激动以一个个心肌细胞的电流动为基础。心肌细胞在静息状态下细胞膜外带正电荷，膜内带同等数量的负电荷。膜内外有各种离子，主要是带正电荷的钾离子、钠离子。以钾离子为例：细胞内的钾离子浓度较细胞外约高20倍~30倍。细胞膜对钾离子的通透性较高，于是一部分钾离子顺着浓度梯度外流至膜外，增加了膜外正电荷的数量。膜内的有机负离子(主要是蛋白质大分子)有随钾离子外流的倾向，但因分子大不能通过细胞膜而被阻滞于膜的表面。膜外正电荷的排斥作用和膜内负电荷的吸引作用，使钾离子的继续外流受阻而达到平衡时，在膜的两侧便形成极化状态，即心肌细胞在静息状态时保持着细胞膜内外的电位差。此时，将微电极插入细胞内，就可录到一个负电位，称之为跨膜静息电位，即膜电位。
细胞膜内外的电位当心肌细胞受到刺激(或自发地)产生兴奋时，迅速变化，细胞膜内的电位由-90mV迅速变为0mV，乃至+20mV~+30mV，电位差在瞬间消失，也就是说极化状态消失了，这被称为除极过程。此时，细胞膜外为负电位，膜内为正电位。随后，细胞内又逐渐恢复其负电位，这被称为复极过程。由除极到复极，膜内电位由负变tR恢复成静息电位。在静息状态下，细胞膜外任何两点间电位都相等，没有电位差。当某心肌细胞的一部分受到刺激开始除极时，除极部分的细胞膜外带上了负电荷，未除极部分的细胞膜外仍带正电荷，该细胞的除极部分称为电穴，未除极部分称为电源，合称电偶。电穴与电源间形成电位差，产生电流，电流不断地由电源流向电穴。随后，部分电源也开始除极而变成其他尚未除极部分的电穴。此过程不断扩展，直至整个细胞及心脏完全除极。除极过程可看成一组电偶沿着细胞膜不断向前移动，电源在前，电穴在后。尔后，心肌细胞开始复极。先复极部分的膜外获得阳离子，这使该处的电位高于未复极部分，形成一组电穴在前、电源在后的电偶，并产生电流。这组电偶不断前进，直到整个心肌细胞及心脏完全复极为止。
那么心脏每一次收缩和舒张，构成一个心动周期。与之相应的心电活动——除极和复极，形成一个心电周期。人体的体液中含有电解质，具有导电性能，这样在人体内及体表就会有电流自心电偶的正极流入负极，形成一个心电场。心电场在人体表面分布的电位就是体表电位。心电图机将此体表电位的电信号放大，并按心脏激动的时间顺序记录下来，得到心电图，将心电变化描记出来。
描记心电图时，要先将导电糊涂在体表的一些固定部位上，然后把电极板安放在这些部位上，用导线将电极连接到心电图机的正负两极，形成导联。1905年，艾因特霍芬首先采用标准导联描记心电图，即用3种方法在被检测者的肢体上安放电极，形成导联。20世纪40年代，美国学者威尔逊发明单极肢体导联，即分别将安放在右上肢、左上肢、左下肢的电极连接在心电图机的正电极上；把左上肢、左下肢、右上肢、左下肢，左上肢、右上肢的电极连接成中心电端，与心电图负电极相接。此3种导联方法记作aVR、aVL和aVF。后戈德伯格把这种导联改良成加压单极肢体导联，使描记出的心电图更为清晰。在单极肢体导联问世后不久，威尔逊又研制出了单极心前导联，即将左上肢、右上肢、左下肢的电极连接成中心电端，与心电图机负电极相连。然后，分别在胸骨右缘第四肋间，胸骨左缘第四肋间，左侧第五肋间锁骨中线处，上述第二处、第三处连线的中点，左侧腋前线与第三处同一水平的地方，左侧腋中线与第五处同一水平的地方放置电极，与心电图的正电极相接。用上述12种导联描记出的心电图称为12导联心电图。每一种心电图机，都是按顺序或同时对这12种导联的心电图进行记录，以便全面了解心脏状况。
心电图记录在印有1mm间距的纵横细线的小方格上。其横向距离代表时间，纵向距离代表电压。一般记录纸的移动速度为每秒25mm，横向一小格代表0．04秒；1mV=10mm，纵向一小格代表0．1mV。用不同的导联测出的心电图波形的振幅、宽度各异。为了分辨心电图是否异常，医学家确定了带有各项数据正常范围的正常心电图。正常心电图由一系列波组成，都可在该心电图上观测到。