在催眠術發展的早期，人們對催眠現象的解釋賦予許多神秘色彩，當代生理學和心理學，特別是腦科學的發展，慢慢拂去了蒙在催眠術上的神秘麵紗，人們從而對催眠現象和催眠治療可以做出更加科學的解釋。
（一）生理學解釋
經典條件反射學說的創立者、俄國著名生理學家巴甫洛夫認為，催眠實際上也是一種條件反射，誘導人進入催眠狀態的語言就是一種條件刺激，這種單調重複的語言，能使大腦皮層產生選擇性抑製，也就是局部睡眠。他明確指出：“假如抑製毫無妨礙地擴散到整個大腦皮層，那就是平常的睡眠；假如隻有大腦皮層的一部分受到抑製，那就是通常所謂的催眠狀態。”他認為催眠狀態是介於覺醒與睡眠之間的一種狀態，是暗示所導致的一種“不完全睡眠狀態”。這些暗示使大腦皮層的一些區域興奮，其他部分抑製，從而使受術者將注意力集中於催眠語句而與外界分離。他甚至發現，實驗室的狗接受一種單調重複的刺激，也會漸漸入睡或出現四肢僵直狀態。所謂催眠治療，就是找到並除去引起心理障礙的條件反應或重建條件反射。
還有一些學者認為，進入催眠狀態，人的呼吸變緩，血流量減少，大腦由於缺氧，自然停止活動，因而容易接受暗示。
現代腦科學研究表明，處於催眠狀態的腦電圖（EEG）和腦血流圖，既不同於睡眠狀態，也不同於清醒狀態，這說明在催眠過程中大腦神經可能有生物物理變化和生物化學變化。
神經生理學的微觀研究進一步表明，催眠對中樞神經的影響是通過改變大腦皮層和皮層下腦幹網狀結構與邊緣係統的交通關係實現的。羅伯特（Robert）通過腦電研究發現，催眠狀態是由一種發生在丘腦網狀結構的電阻塞引起的。
采用催眠麻醉實施開顱手術，當醫生碰到病人腦內海馬區域時，病人很快脫離催眠狀態，再進行催眠誘導使其進入催眠狀態，再度刺激海馬區域，病人又會醒來。