tDCS通过在头皮上特定区域放置电极，然后刺激器向大脑输送低强度的直流电来引起颅内产生电流。此特定区域的颅内电流则会基于不同类型的刺激而提高或降低神经元的兴奋性，而神经元兴奋性则会引起大脑功能性转变。
刺激方式包括3 种，即阳极刺激、阴极刺激和伪刺激。阳极刺激通常能增强刺激部位神经元的兴奋性，阴极刺激则降低刺激部位神经元的兴奋性。已有样板显示阴极刺激可以用来治疗大脑特定区域过度兴奋引起的心理障碍，阴极刺激可以降低神经元的兴奋性，使其达到一个稳定的级别。伪刺激多的重要性在于其可以控制刺激，在进行伪刺激时，刺激器发出一个刺激电流，但是在剩余时间里刺激器不提供电流刺激，在伪刺激过程中，病人不知道他们没有被电流持续刺激，如此一来，便为实验提供了一个可控的条件，比如你可以进行双盲实验，如果没有伪刺激的功能，则阳极或者阴极刺激的效果无法被证明。
tDCS 对皮质兴奋性调节的基本机制是依据刺激的极性不同引起静息膜电位超极化或者去极化的改变。tDCS 的后效应机制也可能类似于突触的长时程易化，和长时程抑制的形成类似，但尚无证据证实，大量研究认为tDCS 的作用机制既与膜的极化有关也与突触的可塑性调节有关，其具体调节机制也是近年研究的热点。用药理学的调节作用和电物理学技术研究显示，皮质脊髓兴奋性的调节在tDCS 刺激时依赖膜极化的水平，而刺激结束后的后效应作用主要是由于皮质内突触的活动。
相对于TMS经颅磁刺激而言，tDCS是比较新的技术，TMS是用一个充电线圈置于患部，通过引发不断变化的磁场来引起脑部的微小电流，其与tDCS相同的地方在于它们都可以用来提高或降低神经元的活跃性，但不同点在于方式不同：tDCS是使用不同的极性电流（阳极或阴极）达到提高或降低神经元活跃性的目的，而TMS则是使用高频或低频磁场达到提高或降低神经元活跃性的目的。
tDCS和TMS对于病人而言都是无痛和安全的，但是TMS一方面价格昂贵，另外对操作者要求较高，需要操作者长时间握住线圈定点刺激患部，而tDCS由于电极固定在患者头部，因此对操作者要求不高。另外TMS无法实施伪刺激，而tDCS可以，这使得tDCS的实验结果更加客观，而且已有科学文献证明tDCS的效果的持续性明显要高于TMS,并且相对于TMS而言，tDCS不会诱发癫痫。