A neurofeedback hatékonyságának egyik alapja az agy neuroplaszticitása, vagyis az agy képessége az átrendeződésre és az alkalmazkodásra. A neurofeedback működésének lényege az, hogy az agy képes megváltoztatni a működését és az idegi kapcsolatokat a tanulás és visszacsatolás révén.
Amikor valaki neurofeedback tréningen részt vesz, az agyi aktivitását érzékelők segítségével rögzítik, például az elektroencefalogram (EEG) segítségével. Az agyi aktivitás adatait valós időben visszajelzik a kliensnek egy képernyőn vagy hangjelzéssel. Ez a visszajelzés lehetőséget ad arra, hogy az egyén tudatosan befolyásolja az agyi aktivitását.
A kliens megtanulja azokat az állapotokat vagy agyi mintázatokat, amelyeket az adott feladathoz vagy terápiás célokhoz kapcsolnak. Amikor a kliens eléri a kívánt agyi mintázatot vagy állapotot, a visszajelzés pozitív jelzésként értelmezhető, aminek eredményeként az agy hajlamos lesz előnyben részesítenia mintázatot és ezáltal erősödni fognak ezek az idegi kapcsolatok.
Az agy folyamatosan alkalmazkodik és új kapcsolatokat alakít ki a neuronok között. Amikor a neurofeedback révén új agyi mintázatokat tanulunk, az agy neuroplaszticitása miatt ezek a változások hosszú távon is megtarthatóak. Az agy folyamatosan fejlődik és alkalmazkodik azokhoz az impulzusokhoz, amelyeket rendszeresen használ, így az agyi aktivitás és a kapcsolatok átrendeződnek a kívánt irányba.