Un EEG, ou électroencéphalogramme, enregistre l'activité électrique du cerveau grâce à des électrodes placées sur le cuir chevelu. Il fournit un tracé continu et en temps réel de l'activité cumulée de vastes populations de neurones.

Les différentes bandes de fréquences correspondent approximativement à différents états. Les ondes alpha apparaissent lors d'un éveil détendu, les yeux fermés ; les ondes bêta accompagnent la pensée active et l'attention ; les ondes thêta et delta prédominent lors de la somnolence et du sommeil profond. Les pointes et les ondes aiguës peuvent indiquer une activité épileptique. L'EEG est donc un outil essentiel pour le diagnostic de l'épilepsie et l'évaluation des stades du sommeil.

Cette méthode offre une excellente résolution temporelle — elle permet de suivre des changements de l'ordre de la milliseconde — mais une résolution spatiale limitée, car le signal est filtré par la boîte crânienne et représente l'activité simultanée de nombreux neurones. Les potentiels évoqués, extraits de l'EEG continu, révèlent la réponse cérébrale à des stimuli spécifiques avec une grande précision temporelle.

Lorsqu'un clinicien a besoin de savoir ce que fait le cerveau instant après instant, l'EEG reste l'une des méthodes les plus directes et accessibles à sa disposition.