Традиционно полиграфологи анализируют показатели кожной реакции (КР или КГР), сердечно-сосудистой системы, частоту сердечных сокращений, кровяное давление, фотоплетизмограмму (или объемный пульс), дыхание, тремор. В настоящее время есть возможность зафиксировать большее количество психофизиологических показателей, включая минутный объем перекачиваемой сердцем крови, температуру отдельных органов тела, баллистокар-диограмму, активность мозга и ряд других показателей, каждый из которых может внести дополнительную лепту в точность прогноза полиграфных технологий. Но использование новых критериев сопровождается появлением различных препятствий, сложность преодоления которых во много раз перекрывает полезность дополнительно получаемой информации.

В настоящее время существует множество различных теорий детекции лжи. Наиболее распространенными и фундаментальными являются следующие.

Условно-рефлекторная теория, утверждающая, что человек появляется на свет с рядом врожденных механизмов активации эмоций. Последние связаны с врожденными (безусловными) и приобретенными (условными) рефлексами, в основе которых лежит жизненный опыт человека.

Согласно этой теории, человеку необязательно иметь свой личный опыт, чтобы у него проявилась определенная психофизиологическая реакция на конкретные вопросы. Например, в случае с совершением преступления достаточно просто понимать, что оно наказуемо, осуждается обществом и преследуется по закону. Однако трудность здесь состоит в том, что необходимо учитывать индивидуально-психологические и личностные особенности каждого обследуемого, а также субъективную оценку подозреваемым тяжести содеянного, так как у каждого конкретного человека своя точка зрения и каждый по-своему расценивает значимость того или иного события.

Теория угрозы наказания. В соответствии с этой теорией все психологические реакции обследуемого связаны с переживанием за свою судьбу, поскольку преступник понимает, что в случае разоблачения его ждет наказание. Угроза возможности понести наказание и вызывает эмоциональное напряжение. Таким образом, попытка обмануть следствие почти всегда связана со стремлением избежать наказания. Однако величина эмоционального напряжения непостоянна. Теоретически у психически нормального человека она будет пропорциональна строгости наказания. В таком случае было бы проблематично использовать полиграф для раскрытия незначительных преступлений либо проступков, не предусматривающих серьезного наказания.

Теория активации основывается на утверждении, что каждый из задаваемых вопросов или предъявляемых стимулов имеет свою величину активации нервных процессов в организме и соответственно будет вызывать определенный уровень ответных реакций. Предполагается, что значимый вопрос, связанный с преступлением, гораздо сильнее возбуждает нервную систему по сравнению с нейтральными вопросами, не касающимися темы проверки. Например, при расследовании убийства, совершенного ударом ножа в область сердца, на вопрос, выстроенный по классической схеме: «Как Вы считаете, чем был убит гражданин Х: выстрелом из револьвера, ударом бутылки, железного прута, ножом, удавкой и т. д.?», человек, не владеющий исходной информацией, будет практически одинаково реагировать на все слова. Но если ему известен способ убийства гражданина Х, он даст повышенную реакцию именно при упоминании ножа.

Грань значимого и нейтрального вопросов определяется осведомленностью подозреваемого о деталях совершенного преступления. Чем ближе по содержанию вопрос к сути расследуемого злодеяния, тем сильнее реакция организма.

А. Р. Лурия в этой связи писал, что эмоциональные «следы» в психике связаны не только с самим преступлением, но и с его отдельными деталями, которые оказываются резко эмоционально окрашенными для преступника и практически не трогают заподозренного ошибочно. Важно и то, что преступник стремится скрыть не только свое участие в преступлении, но и связанные с ним переживания. Из этого следует однозначный вывод о тесной взаимосвязи эмоциональной и психофизиологической сфер человека со всеми сторонами его деятельности, не исключая преступную.

Согласно информационной теории эмоций, величина эмоционального напряжения, как правило, зависит от трех факторов: от потребности в совершении какого-либо действия, поступка, изменении социального положения (например, желание уйти от ответственности); от информации, необходимой для избежания ответственности; от имеющегося в наличии объема сведений о реальном событии.

Мотивационная (относительно новая) теория была изложена В. А. и Г. В. Варламовыми в 2000 году. Они попытались объединить теорию угрозы наказания, теорию активации, условно-рефлекторную теорию и информационную теорию эмоций в одном термине – «мотивация». Упомянутые теории определяют уровень мотивации как сложный социально-биологический процесс, а все реакции организма при проведении полиграфной проверки представляют собой комплексную систему. Авторы этой теории считают, что только рассматривая человека как сложную адаптационную систему, имеющую различные мотивационные уровни и индивидуальные особенности динамики активности различных физиологических подсистем, можно достичь положительных результатов. Полиграфолог должен уметь анализировать не только типологические особенности, но и индивидуальный характер внешних и внутренних реакций.

Теория целенаправленного тестирования памяти. По утверждению ее автора Ю. И. Холодного, «фундаментальной психофизиологической функцией, которая подвергается изучению в процессе психофизиологического метода "детекции лжи" с помощью полиграфа, является память». Теория целенаправленного тестирования памяти заключается в том, что в ходе обследования на полиграфе образы событий (явлений), хранящиеся в памяти человека, могут быть намеренно актуализированы с помощью целевой установки и далее обнаружены по регистрируемым физиологическим реакциям, возникающим в ответ на предъявляемые ему стимулы, специальным образом подобранные и сгруппированные.

По мнению А. Б. Пеленицына и А. П. Сошникова, «состояние и динамика внимания обследуемого лица – вот то психическое явление, которое оказывает определяющее влияние на эффективность обследований с использованием полиграфа». Каждому полиграфологу известно, что привлечение внимания обследуемого к стимулу приводит к усилению реакции на него, а отвлечение внимания – к уменьшению реакции вплоть до ее полного исчезновения.

К сожалению, ни одна из упомянутых теорий не является универсальной и общепризнанной. Тонкие нейрофизиологические и нейрохимические механизмы, лежащие в основе связи психики и физиологии человека, еще в большинстве своем не раскрыты. Именно этим обусловлено появление множества теорий, пытающихся объяснить психофизиологические процессы, лежащие в основе прикладного применения полиграфа.