经颅磁刺激（TMS）治疗的原理主要基于电磁感应与电磁转换，具体如下：
TMS设备通过高压大容量电容充电，再由晶闸管触发开关放电，使刺激线圈在短时间内通过数千安培电流，基于法拉第电磁感应定律，在线圈周围产生1-5T的脉冲磁场。磁场能无衰减地穿透颅骨等组织，在大脑神经元细胞中形成感应电场，进而产生感应电流。当感应电流强度超过神经组织的兴奋阈值时，就会引起局部大脑神经细胞产生去极化，从而诱发一系列生理变化。
神经生理学原理大脑内的神经网络由神经元细胞构成，神经元细胞在未受刺激时处于静息电位状态，细胞膜内外两侧电位差呈内负外正。当受到小强度刺激时，细胞膜上的钠离子通道或氯离子通道部分开放，分别产生去极化或超极化现象，形成局部电位。局部电位达到阈电位水平时，就会产生动作电位，这是神经元兴奋和活动的标志。神经元之间通过突触传递信息，突触可塑性是神经可塑性的重要基础，其中长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）是两种关键类型。研究发现，磁刺激的强度、频率和模式都能影响突触的LTP和LTD，一般高于5Hz的经颅磁刺激会诱发LTP，低频率的经颅磁刺激会诱发LTD。
临床应用原理在临床治疗中，TMS通过调节刺激频率、强度和模式，实现对不同脑区功能的兴奋和抑制调控。例如，对于抑郁症患者，研究发现其左右两侧背外侧前额叶功能不平衡，左侧DLPFC功能异常减弱，右侧DLPFC功能异常增强。因此可以对左侧DLPFC进行10Hz的高频刺激，实现兴奋的脑区调控功能；或对右侧DLPFC进行1Hz的低频刺激，实现抑制的脑区调控功能。此外，TMS还可以增加相关神经递质的周转率，增加脑源性神经生长因子，以及使失衡的下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）正常化，从而起到治疗作用。