童话故事里的匹诺曹一说谎，鼻子就会长得很长。在现实生活中，有的人一说谎就脸红，有的一说谎就结结巴巴，有的眼神回避不敢正视对方，测谎仪正是通过记录人们这些生理变化来测试被试者是否说谎了。
现代科学证实，人在说谎时，生理上的确发生着一些变化，有一些被肉眼就可以观察到，如出现抓耳挠腮、腿脚抖动等一系列不自然的人体动作。还有一些生理变化是不易被察觉到的，如：呼吸速率和血容量异常，出现呼吸抑制和屏息；脉搏加快，血压升高，血输出量增加及成分变化，导致面部、颈部皮肤明显苍白或发红；皮下汗腺分泌增加，导致皮肤出汗，双眼之间或上嘴唇首先出汗，手指和手掌出汗尤其明显；眼睛瞳孔放大；胃收缩，消化液分泌异常，导致嘴、舌、唇干燥；肌肉紧张、颤抖，导致说话结巴。这些生理参量由于受植物神经系统支配，所以一般不受人的意识控制，而是自主的运动，在外界刺激下会出现一系列条件反射现象。这一切都逃不过测谎仪的“眼睛”。测谎一般从三个方面测定一个人的生理变化，即脉搏、呼吸和皮肤电阻（简称“皮电”）。其中，皮电最敏感，是测谎的主要根据，通常情况下就是它“出卖”了你心中的秘密。
那么，测谎仪具体是怎样工作的呢？使用测谎仪本身就可以给嫌疑人造成一定的心理压力，结合政策教育和使用证据等方法，促使嫌疑人动摇瓦解，交待问题或者说明事实真相。使用时，测谎人员通过反复说明和强调测谎仪的科学性、客观性、公正性和有效性，并利用嫌疑人对测谎仪的神秘感，使其感到测谎仪是灵敏的，不容欺骗的，担心如果自己说谎，可能被当场识破、揭穿而暴露自己，从而加重了心理压力。实践中，的确有一些犯罪嫌疑人在测试过程中或测试后不久就交代了罪行。当然，实际的测谎过程远非如此简单明了。一个调查犯罪的测验可能要花费3～4个小时，而其中用于生理测量的时间仅15分钟左右，其余大部分时间用于审核问题、测前讯问、解释程序以及评判和讨论测量结果等方面。例如，在正式测量前，测谎者要与被测者进行一段漫长的交谈。
其目的主要有二：一是通过交谈和讯问了解被测者的个性和诚实程度，以便最后确定正式测量时的讯问问题和讯问方式；二是向被测者介绍测谎器的“一贯正确性”，使其确信测谎器具有准确的分辨真话与谎言的可靠功能，从而对其产生威慑作用，以消除其侥幸心理。为了让被测者确信测谎器是不可被欺骗的，测谎者还要求被测者参与一项示范性的验证。如要他在一副纸牌中随意抽选一张，然后混杂于其他若干张纸牌中。当测验者拿着这几张纸牌依次问他“是不是这张”时，他一概回答“不是！”但测谎者总能正确地指出他所抽选的牌是哪一张，并告诉他这是根据测谎器对其回答时的生理变化的测量结果（实际上，这些牌通常是事先作了记号的）。由于精心设计的问题与测谎主题有不同的关系，对被测人形成不同的心理刺激，从而触发不同的生理反应，引起一系列生理参量（如肌电、脉搏、血压、呼吸、心跳、脑电波、声音、瞳孔等）变化，用仪器测量这些参量的变化，记录变化图谱，然后分析图谱，就可以判断被测人对问题的回答是“诚实”还是“撒谎”。
测谎仪能完全测出谎话吗？实际上，多道心理测试真正依据的是受测者内心对某些事物（如犯罪过程、犯罪情节、现场情况、受害人情况等）的“关心”程度而表现于生理上的反应。有的甚至是以对该事物的“知”与“不知”作为判断的依据。只要说了假话，测谎仪就一定能发现吗？不能说所有的谎言都能够被识破，测谎仪并不是万能的。一方面，测谎仪能否发挥正常的作用，跟测试的外部环境、被测试者个体状态、测试师的水平以及问题的设计都密切相关。例如被试者如果有很强的心理素质，能平静的说出谎话，就能够通过测谎。