Perusajatuksena on, että EMDR nopeuttaa haitallisten muistojen käsittelyä. EMDR liittyy samaan mekanismiin, jolla psyykkinen trauma syntyy. Traumaattisen tapahtuman aikana ihmisen tietojen käsittely ei toimi normaalisti, vaan aivojen oma tiedonkäsittelyjärjestelmä joutuu epätasapainoon, ikään kuin oikosulkuun. EMDR-hoidon avulla jumiutunut muistiaines alkaa prosessoitua uudelleen jolloin muiston käsittely helpottuu, ja normaali, luonnollinen tapa käsitellä muistoa aktivoituu. EMDR mukaileekin automaattista ja luonnollista tapaa käsitellä elämystodellisuuteen liittyviä muistoja. (Vertaa REM-uni, REM rapid eye movements, nopeiden silmänliikkeiden univaihe, jonka aikana silmät liikkuvat nopeasti puolelta toiselle). EMDR-hoidon tärkeimpänä päämääränä on vapauttaa asiakas menneisyyden haitallisista muistoista siten, että hän saa takaisin kyvyn tehdä positiivisia ja joustavia valintoja nykyisyydessä.

EMDR -menetelmän kehittäjä psykologi, fil.tri Francine Shapiro kuvaa menetelmän syntyä sattumanvaraisena havaintona, jonka hän teki toukokuussa 1987. Hän käveli ahdistuneena puistossa, pysähtyi katsomaan liikkuvia puun lehtiä ja huomasi, että jotkut häiritsevät ajatukset olivat yhtäkkiä hävinneet hänen mielestään. Hän myös havaitsi, että kun hän ajatteli uudelleen aiemmin häirinneitä asioita, ne eivät enää tuntuneet niin merkityksellisiltä ja häiritseviltä. Se mikä sai hänen huomionsa kiinnittymään ko. asiaan oli, että häiritsevät ajatukset olivat kadonneet ja muuttuneet ilman tietoista pyrkimystä. Hän alkoi erityisen tarkkaan havainnoida, mikä oli mahdollisesti saanut muutoksen aikaan. Hän huomasi, että kun häiritsevät ajatukset tulivat hänen mieleensä, hänen silmänsä alkoivat spontaanisti liikkua vinosti ylös – alas suunnassa.

Tästä eteenpäin tri Shapiro alkoi järjestelmällisesti tutkia nopeiden silmänliikkeiden vaikutuksia muilla ihmisillä. Seuraavan puolen vuoden aikana hän kokeili menetelmän eri variaatioita noin 70 ihmisen kanssa, jonka jälkeen hän kehitti standardoidun menettelytavan.
EMDR menetelmän synnyllä ei siis ollut teoreettisia perusteita, vaan Shapiro huomasi sattumalta, että nopea, toistuva silmänliike vähentää voimakkaasti ahdistusta ja sen jälkeen, pohjautuen tähän kokemukseen, hän kehitti terapeuttisen lähestymistavan täydentämään tätä löytöä.

Nopeutetun informaation prosessointimallissa lähtökohtana on, että sisäinen informaation prosessointisysteemi on muotoutunut fysiologisesti helpottamaan mielenterveyttä paljolti samalla tavalla kuin mitä ruumis tekee parantaakseen itsensä, kun se on haavoittunut. Paranemisprosessissa on siis mukana aivojen neurobiologinen mekanismi. Eli normaaleissa olosuhteissa, kun kyseessä ovat ihan tavalliset arkipäivän asiat, informaatio muokkautuu aivoissa adaptiiviseksi ratkaisuksi, joka johtuu siitä, että fysiologinen systeemi pyrkii neurologiseen tasapainoon.

Adaptiivisella ratkaisulla tarkoitetaan sitä, että ihminen koko ajan liittää tapahtumien ja kokemusten eri puolia yhteen ja siten kokemus integroidaan eli yhdistetään positiiviseen, emotionaaliseen ja kognitiiviseen toimintatapaan. Olennaista on, että se mikä on hyödyllistä, opitaan ja varastoidaan sopivan affektin eli aistimuksen kanssa myöhempää tulevaisuudessa tapahtuvaa käyttöä varten. Esimerkiksi jos arkielämässä tapahtuu jotain ikävää, joka vaivaa mieltä, informaatio prosessoituu siten, että asiaa ajatellaan, siitä puhutaan ja siitä nähdään unia. Jonkin ajan kuluttua asia ei enää vaivaa mieltä ja kokemus on muuttunut positiiviseksi voimavaraksi seuraavia tilanteita varten.

Silloin kun ihminen kokee vakavan psyykkisen trauman, näyttää siltä, että hermoston tasapaino muuttuu, mikä johtuu ehkä kemiallisista muutoksista aivoissa. Tästä epätasapainosta johtuen systeemi ei pystykään toimimaan ja prosessoimaan informaatiota kuten tavallisissa arkipäivän tilanteissa ja se jää häiritsevään, prosessoimattomaan muotoon tavallisimmin alkuperäisinä kuvina, ääninä, affekteina ja fyysisinä tuntemuksina. Tieto ei pysty varastoitumaan muistiin normaalisti, vaan traumatapahtuman aikana koettuina uskomuksina, tunteina, mielikuvina ja kehon reaktioina. Niinpä traumatisoituneella traumamuistot saattavat pysyä useita vuosia täysin muuttumattomina eikä uutta oppimista tai oireiden lievenemistä ole havaittavissa.

Myöhemmin joko sisäiset tai ulkoiset ärsykkeet, niin sanotut triggerit, eli laukaisevat tekijät aktivoivat alkuperäisen materiaalin, joka on varastoituneena alkuperäisessä tilariippuvaisessa muodossa. Tämä prosessoimaton materiaali ja muistot tulevat esille painajaisunina, takaumina ja väkisin mieleen tunkeutuvina oireina, jotka kaikki ovat osa traumaperäistä stressihäiriötä.

Oletuksena on, että EMDR -hoidossa silmänliikkeet tai vaihtoehtoiset ärsykkeet, kuten ääni- tai kosketusärsykkeet, laukaisevat fysiologisen mekanismin, joka puolestaan aktivoi informaation luonnollisen prosessointi -systeemin. Kun EMDR -hoidossa asiakasta pyydetään palauttamaan mieleen muiston vaikein hetki traumasta, samalla mahdollisesti luodaan yhteys nykyhetken tietoisuuden ja aivojen traumaa tallentavan osan välille. Jokaisella silmänliikesarjalla liikutetaan häiriintynyttä informaatiota kohti sopivia neurofysiologisia reittejä kunnes muisto ei tunnu enää häiritsevältä. Onnistunut uudelleen prosessointi muuttaa häiritsevää muistoa sellaiseksi, joka ei ole enää tunnetasolla ahdistava ja sen lisäksi asiakas voi liittää sen osaksi elämänhistoriaansa.

Bessel van der Kolkin neuropsykologisissa tutkimuksissa on saatu tukea näkemykselle, että EMDR vaikuttaa sekä neurobiologisesti että psykologisesti. Kun on käytetty traumatisoituneiden ihmisten aivojen PET-kuvausta (positroni emissio tomografia), van der Kolk on havainnut, että kolmen EMDR -istunnon jälkeen merkittävä epätasapaino traumatisoituneen aivojen reunalla on korjaantunut. Tämä oli todennettavissa muun muassa tiettyjen aivokuorikerrosten sekä puhealueen lisääntyneenä aktivaationa. Edellä mainittu saa aikaan sen, että traumatisoituneelle tulee realistisempi näkemys siitä, mikä on oikea, todellinen uhkatilanne ja mikä taas on havaittu, kuviteltu tai tulkittu uhkatilanne.