脑电图（EEG）通过放置在头皮上的电极记录大脑的电活动。它提供了大量神经元总和活动的连续、实时轨迹。

不同的频段大致对应不同的睡眠状态。α波出现在闭眼放松的清醒状态；β波伴随活跃的思维和注意力；θ波和δ波在困倦和深度睡眠中占主导地位。尖峰和尖波可能提示癫痫发作。因此，脑电图是诊断癫痫和睡眠分期的主要工具。

该方法具有极佳的时间分辨率——能够追踪毫秒级的变化——但空间分辨率有限，因为信号会经过颅骨过滤，并且同时反映许多神经元的活动。从持续脑电图中提取的事件相关电位能够精确地揭示大脑对特定刺激的反应时间。

当临床医生需要了解大脑每时每刻的活动情况时，脑电图仍然是最直接、最便捷的检查方法之一。