EMDR beïnvloedt de zenuwbanen in de hersenen. Door bilaterale stimulatie worden beide hersenhelften geactiveerd en gesynchroniseerd, in relatie tot een traumatische gebeurtenis. Traumatische ervaringen zijn verankerd in een geblokkeerd of onvoldoende geïntegreerd geheugennetwerk in de hersenen. De herinneringen aan die gebeurtenissen worden opgeslagen zoals ze werden beleefd op het moment van de gebeurtenis, als het ware 'bevroren in de tijd'. EMDR heeft tot doel deze “bevroren” herinneringen opnieuw te verwerken met als doel merkbare en zichtbare verlichting op fysiek, emotioneel en zintuiglijk niveau. 

​

De traumatische gebeurtenis van een cliënt wordt doelgericht en in individuele stappen uitgewerkt. Cliënten wordt gevraagd een observerende rol op zich te nemen. Hun aandacht is deels gericht op externe zintuiglijke prikkels (bilaterale stimulatie); en tegelijkertijd concentreert de patiënt zich ook gedeeltelijk intern, gericht op de traumatische gebeurtenis. De observerende rol creëert emotionele afstand tussen de cliënt en de ervaring en faciliteert een cognitieve en emotionele her-evaluatie. Naast geleide oogbewegingen worden ook akoestische en/of tactiele stimulatie gebruikt om de effectiviteit van het werk te vergroten door meerdere zintuigen te combineren.

EMDR, samen met het gebruik van de interne bronnen van de cliënt, veroorzaakt neurale veranderingen en zet daarmee ontwikkelings- en zelfgenezingsprocessen in gang. EMDR faciliteert niet alleen een versnelde verwerking van traumatische geheugenfragmenten, maar maakt ook cognitieve herstructurering mogelijk, b.v. een herwaardering van de ervaring, evenals een veranderde houding ten opzichte van zichzelf en de eigen middelen.