Bei einer Sitzung werden am Kopf des Probanden drei bis fünf Elektroden befestigt, welche die Hirnströme aufnehmen. Auf dem Monitor eines Computers können diese Messungen sichtbar gemacht werden. Der Proband sieht außerdem verschiedene Animationen, die ihm positive Veränderungen seiner Hirnaktivität sofort direkt sichtbar oder auch hörbar zurückmelden (Feedback). Der Proband lernt durch diese Erfolgsmeldungen die verbesserte Hirnaktivität immer schneller und anhaltender zu erreichen. Dem Gehirn werden dabei keinerlei elektrische Impulse zugeführt, es wird ausschließlich die augenblickliche Hirnaktivität gemessen und zurückgemeldet.
Neurofeedback beinhaltet im Kern Elemente der operanten und klassischen Konditionierung.