心電圖（ECG）的臨床判讀建立在對心臟電傳導系統的細胞電生理學、向量心電學（vectorcardiography）原理和各種病理狀態下電活動改變的深入理解之上。
向量心電學原理與 Einthoven 模型
ECG 記錄的是心臟在特定時刻的瞬時電偶極矩（instantaneous electrical dipole）在各導程軸上的純量投影。Willem Einthoven（1903，諾貝爾獎 1924）發明弦線電流計記錄首張臨床 ECG，並提出三角模型：假設心臟為位於等邊三角形中心的單一電偶極源，三角形頂點對應右臂、左臂和左腳。心電軸（electrical axis）代表 QRS 最大向量在額面的方向，正常範圍 -30° 至 +90°。左軸偏移（LAD）常見於左前束支阻斷（LAFB），右軸偏移（RAD）常見於右心室肥大或左後束支阻斷。
心室去極化的向量序列
心室去極化的時序向量決定 QRS 波形的形態：（1）室間隔由左向右去極化（產生 V1 的初始 r 波和 I/aVL 的 q 波）；（2）左右心室自由壁由內膜面向外膜面去極化，因左心室質量遠大於右心室，淨向量指向左後下方（V5-V6 的 R 波，V1-V2 的 S 波）；（3）基部最後去極化。V1 到 V6 的 R 波遞增和 S 波遞減稱為正常 R 波遞進（R wave progression），轉換區（transition zone）通常在 V3-V4。
心肌梗塞的 ECG 演進與定位
急性 STEMI 的典型演進由 Sclarovsky-Birnbaum 分級細化：超急性期高尖 T 波 → 數分鐘至數小時 ST 弓形上升（tombstone pattern 為最嚴重表現，Grade III ischemia）→ 數小時至數天出現病理性 Q 波（寬度 > 0.04s 或深度 > R 波 1/4，代表透壁性壞死）→ T 波倒置 → 數週至數月 ST 段回到基線。鏡像變化（reciprocal changes）在對側導程出現 ST 下降，提升診斷特異性。
梗塞定位依據受影響導程與冠狀動脈供血區對應：前壁（V1-V4，LAD 供血區）、側壁（I, aVL, V5-V6，LCx 供血區）、下壁（II, III, aVF，通常 RCA 供血區）、右心室（V3R-V4R，RCA 近端）、後壁（V7-V9 或 V1-V3 鏡像表現）。de Winter T 波型態（V1-V6 的上斜型 ST 下降 + 高尖 T 波）是 LAD 近端阻塞的等價表現，易被誤判。Wellens 症候群（前胸導程深對稱 T 波倒置或雙相 T 波，發生於胸痛緩解後）提示 LAD 近端的嚴重狹窄，即使當下無 ST 變化也需緊急介入。
離子通道病變的 ECG 表現
長 QT 症候群（LQTS）的分子機制涉及離子通道基因突變：LQT1（KCNQ1，IKs 減少，運動誘發，T 波基底增寬）、LQT2（KCNH2/hERG，IKr 減少，情緒/聲響誘發，T 波低平有切跡）、LQT3（SCN5A gain-of-function，持續性 INa，睡眠中發作，T 波晚出現且尖銳）。基因型-表現型對應關係指導治療：LQT1/2 首選 β-blocker（尤其 nadolol），LQT3 可能受益於 mexiletine（鈉通道阻斷劑）。Schwartz score 整合 QTc、T 波型態、症狀和家族史進行臨床評分。
Brugada 症候群表現為 V1-V3 的 Type 1 coved-type ST 上升（≥ 2mm 後接負 T 波），與 SCN5A 功能喪失突變相關（約 20% 患者可找到突變），增加心室顫動和猝死風險。Ajmaline 或 flecainide 藥物激發試驗可揭露隱匿型。目前唯一有效預防猝死的方法是植入式心律去顫器（ICD）。
進階 ECG 分析技術
高解析度 ECG（Signal-Averaged ECG, SAECG）偵測 QRS 末端的晚期電位（late potentials），代表心室瘢痕組織內緩慢傳導的區域，是持續性心室頻脈的風險指標。心率變異性分析（HRV）以 RR 間隔的時域（SDNN, RMSSD）和頻域（LF/HF 比值）分析評估自主神經功能；低 HRV 與心肌梗塞後心因性猝死風險增加相關（Kleiger et al., 1987, Am J Cardiol）。AI 輔助 ECG 判讀的發展中，Hannun et al.（2019, Nature Medicine）訓練的 DNN 在 12 種心律不整的分類上達到心臟科醫師等級的表現。