心臟周圍的組織和體液都能導電，因此可將人體看成為一個具有長、寬、厚三度空間的容積導體。心臟好比電源，無數(shù)心肌細胞動作電位變化的總和可以傳導并反映到體表。在體表很多點之間存在著電位差，也有很多點彼此之間無電位差是等電的。

心臟電活動按力學原理可歸結為一系列的瞬間心電綜合向量。在每一心動周期中，作空間環(huán)形運動的軌跡構成立體心電向量環(huán)。應用陰極射線示波器在屏幕上具體看到的額面、橫面和側面心電圖向量環(huán)，則是立體向量環(huán)在相應平面上的投影。心電圖上所記錄的電位變化是一系列瞬間心電綜合向量在不同導聯(lián)軸上的反映，也就是平面向量環(huán)在有關導聯(lián)軸上的再投影。投影所得電位的大小決定于瞬間心電綜合向量本身的大小及其與導聯(lián)軸的夾角關系。投影的方向和導聯(lián)軸方向一致時得正電位，相反時為負電位。用一定速度移行的記錄紙對這些投影加以連續(xù)描記，得到的就是心電圖的波形。心電圖波形在基線（等電位線）上下的升降，同向量環(huán)運行的方向有關。和導聯(lián)軸方向一致時，在心電圖上投影得上升支，相反時得下降支。向量環(huán)上零點的投影即心電圖上的等電位線，該線的延長線將向量環(huán)分成兩個部分，它們分別投影為正波和負波。因此，心電圖與心向量圖有非常密切的關系。心電圖的長處是可以從不同平面的不同角度，利用比較簡單的波形、線段對復雜的立體心電向量環(huán)，就其投影加以定量和進行時程上的分析。而心電向量圖學理論上的發(fā)展又進一步豐富了心電圖學的內容并使之更易理解。

心電圖代表整個心臟電激動的綜合過程，以一個個心肌細胞的電激動為基礎，心肌激動時細胞內發(fā)生電傳變化。心肌細胞在靜息狀態(tài)下細胞膜外帶正電荷，膜內帶同等數(shù)量的負電荷，心肌細胞在靜息狀態(tài)保持著細胞膜內外的電位差，這稱為極化狀態(tài)。若以微電極插入細胞內，可錄得一個負電位，稱為跨膜靜息電位，靜息電位的形成主要是由于細胞膜對離子的通透性不同,膜內外各種離子主要是K+、Na+的濃度存在很大差別，細胞內k+濃度較細胞外約高20～30倍，而細胞外Na+濃度高于細胞內10～20倍。細胞膜對 K+的通透性較高，于是一部分K+順著濃度梯度外流至膜外，增加了膜外正電荷膜內的有機負離子（主要是蛋白質大分子）有隨K+外流的傾向，但因分子大，不能通過膜而被阻滯于膜的內表面。膜外正電的排斥作用和膜內負電的吸引作用，使K+的繼續(xù)外流受阻而達到平衡時，在膜的兩側便形成極化狀態(tài)。不同類型的心肌纖維，靜息電位不同；快反應纖維，如心室肌為-80～-90mV，慢反應纖維，如竇房結則僅-40～-70mV 。 當心肌細胞受到刺激（或自發(fā)地）而興奮時，細胞膜內外的電位迅速變化。細胞膜內外的電位差在瞬間消失，細胞內的電位由-90mV迅速變?yōu)?mV,乃至+20～+30mV。也就是說極化狀態(tài)消失，這過程稱為除極過程。以心室肌為例，膜電位從靜息時的-80～-90mV降至-60～-70mV的閾電位水平，即迅速開始除極。隨后細胞內又逐漸恢復其負電位，這過程稱為復極。由除極至復極，膜內電位由負變正及又回至靜息電位的一系列電位變化稱為跨膜動作電位。可畫成一條曲線,分成為5個時相。圖1及表1示心室肌的動作電位與經(jīng)膜離子流及體表心電圖的關系。

1．2及 3位相是代謝過程，此階段膜內電位恢復到-90mV,這一過程稱為復極，但此時膜內外離子分布尚未恢復到靜息狀態(tài)水平，最后鈉—鉀泵的轉移作用使內外各種離子又恢復到靜息狀態(tài)。在 4倍相非自律性細胞穩(wěn)定于靜息狀態(tài)水平，其動作電位呈水平線；而具有自律性的心肌細胞Ca2+慢通道開放，Ca2+穩(wěn)定地內流，使膜電位逐漸移向正電位水平，其動作電位呈向上的斜線，這又稱4位相自發(fā)性除極，當達到閾電位時,便激發(fā)Ca2+慢通道開放，Ca2+迅速內流而致0位相除極。此即心臟自律性的機制，由于竇房結的4位相相除極速度最快，故正常人竇房結發(fā)放沖動激動心臟。

根據(jù)動作電位的形態(tài)和電生理特點，心肌細胞可分為兩大類：快反應細胞與慢反應細胞。在靜息狀態(tài)下細胞膜外任何兩點間電位都相等，沒有電位差，當心肌細胞甲側受到刺激開始除極時，膜外帶負電荷鄰接的未除極部分仍帶正電荷，前者稱為電穴，后者稱為電源,合稱電偶。電穴與電源間形成電位差，產生電流，電流不斷地由電源流向電穴，隨后電源部分也開始除極而變成它前方尚未除極部分的電穴；這個程序如此擴展，直至整個細胞及心臟完全除極。除極過程可看成一組電偶沿著細胞膜不斷向前移動,其電源(+)在前，電穴(-)在后，除極完畢后,整個細胞呈極化狀態(tài)逆轉，膜內帶正電荷，膜外帶負電荷，繼之復極化。復極過程首先從除極的部分開始，先復極部分膜外獲得陽離子，這使該處的電位高于前面尚未復極的部分，于是形成一組電穴在前，電源在后的電偶，這組電偶不斷前進，直至整個心肌細胞復極完畢。

人體的體液中含有電解質，具有導電性能，因此人體也是一種容積導體，這樣在人體內及體表均有電流自心電偶的正極流入負極，形成一個心電場。可通過心電偶中心的垂直于電偶軸的零電位面把心電場分為正、負電位區(qū)。心電場在人體表面分布的電位就是體表電位。心電圖機將此體表電位的電信號放大及按心臟激動的時間順序記錄下來，即為心電圖。探查電極面對除極電偶的正極則錄出正波，面對負極錄出負波(圖3)。電極越靠近心電偶軸,則電位的絕對值越高，波形越大。每一次心臟搏動場包括收縮和舒張，稱為一個心動周期，相應的心電活動包括除極和復極，成為一個心電周期。

心電向量與心電圖正常心臟激動發(fā)源于右心房上部，上腔靜脈入口處的竇房結，激動通過傳導系統(tǒng)依次傳遞至心房、心室各部，使之除極和復極。心臟是一個立體腦器，其各部位的電激動的傳導有方向性，且其量的大小不同，這稱為向量。在同一瞬間，心肌內有許多駛向各個方向的電偶，向量綜合法用平行四邊形的對角線代表一個瞬間的綜合心電向量，在一個心電周期中，瞬間綜合心電向量在不斷變動，這樣形成一個向量環(huán)：心房除極和心室除極分別拼成P向量環(huán)及QRS向量環(huán)；心室復極構成T向量環(huán)。這種立體的向量圖(VCG)稱為空間心電向量，其在額面、矢狀面及水平面的投影，構成平面心電向量圖，臨床應用較少。平面心電向量圖在各心電圖導聯(lián)軸上的投影便構成心電圖，后者在臨床廣為應用。