脑自发电位（EEG）是指随时间而变动的电位差异。电位的差异可以通过将两个电极安放在头皮表面来测量。两个电极中的一个作为参考电极，可以人为地将其值设置为0（Nunez & Srinivasan，2006）。现代的脑电系统采用更多的电极（128个或者256个电极），所有的电极都通过与相同的参考电极进行比较而得以测量，并在高时间采样率（500 Hz或者1000 Hz）的条件下进行数字化。因此，EEG可以提供毫秒级的对大脑活动的测量。

大脑的激活包括两种不同类型的电活动：动作电位与突触后电位。只有后者被认为是对EEG有贡献的。为了能在头皮表面安放电极来记录大脑的电活动，由一组神经元产生的电位需要足够大才能穿过大脑组织、大脑内部的**、大脑膜皮、头骨以及头皮。电位的获得需要将具有一定长度形式的、平行排列且同步激活的大量神经元之间的活动叠加在一起。在满足以上这些条件的情况下，我们才能在头皮表面记录到电位活动（Brandeis et al.，2009）。

在头皮测量到的EEG包括了任何满足这些条件的，在任何时刻所发生的大脑活动。这就意味着EEG测量的是来自于不同源的正在进行的大脑活动。事实上，EEG中的信号与研究者感兴趣的特定刺激有关，如呈现在屏幕上的一个单词。但是，这种信号的强度通常比正在进行的大脑背景活动要弱得多（Luck，2005）。为了测量特异于刺激的反应，同类型的刺激通常需要呈现许多次。通过将不同试次的反应进行平均，刺激呈现时引起随机的背景信号的变动就会减小，而与刺激相关的信号就会保持不变。这种平均就被称为事件相关电位（event-related potential，ERP）。当呈现一个电极的波形时，可以看到事件相关电位是由一系列的波峰和波谷组成的。波峰被称为成分（component），用字母P（正向）或N（负向）来表示。字母后面的数字代表成分的顺序（N1：第一个正成分）或者波峰出现的时间（N170：负波，在170 ms时出现波峰）。

由于容积传导的原因，大脑中一个源所产生的电位是通过所有头皮电极来获得的。因此，我们不能得出一个信号测量时的电极位置就是其附近脑活动的源的结论。这就是EEG被认为空间分辨率很低的原因。由于头皮电场的地形分布依赖于激活的源，所以有研究者尝试用一些数学程序去估计特定ERP成分的源（Pascual-Marqui et al.，2009）。尽管这一领域有一定的优势，但是分析的结果是源于数学模型的。这些数学模型所带有的假设可能是对的也可能是错的。因此，源定位可以提供额外的有趣信息，但是应慎重对待。

除了经典的ERP波幅分析，研究也证明ERP的地形图分析是很有用的。鉴于EEG的时空结构，ERPs既可以呈现出各个电极上的波形，也可以呈现出一系列随时间变化的大脑地形图（topographic map）（Koenig & Gianotti，2009）。因为地形图的分布依赖于大脑的神经元发生器，地形图信息就可以进一步用来提取脑活动中的信息。同样地，地形图分析可以用来检验两种分布是相同的还是不同的。不同的分布可以解释为大脑中产生的源是不同的（Michel et al.，2004）。这种信息是很重要的，即使源的准确定位并不清楚，但如果两种分布是相同的，那么它们可能就是由相同的源导致的。而且，ERP波幅的差异也可以解释为是激活强度的差异。