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历代医家在长期医疗实践中，很早就发现了“心主血脉”这个科学道理。中医学认为，血靠心气的推动，沿脉道循环周身，内至脏腑经络，外达四肢百骸；脏腑之气也通过血液而输布全身。因此，脉象能反映机体阴阳、气血、经络的生理病理变化。
《四诊举要》说：“脉乃血脉，气血之先，血之隧道，气息应焉。”脉为血之府，心主血脉。《素问·五脏生成》曰：“心之合脉也。”又曰：“诸血者，皆属于心。”《素问·脉要精微论》又曰：“夫脉者，血之府也。”由于心脏的搏动，脉道的约束，使血液沿着脉道不断地运行，内灌五脏六腑，外通肢体百骸，从而供应全身肢体需要。所以脉的跳动和气势可以直接反映心脏的搏动和血流情况。中医学还认为，心脏的搏动和血液在血管中的运动均由宗气所推动。《素问·平人气象论》说：“胃之大络，名曰虚里……出于左乳下，其动应手，脉宗气也。”这说明宗气有推动心脏搏动的功能。《灵枢·邪客》又说：“宗气积于胸中，出于喉咙，以贯心脉……”既说明宗气所在部位，又指出了宗气还有推动血脉运行的重要作用。血液循行脉管之中，流布全身，环周不休，运行不息，除了心脏的主导作用以外，还必须有各脏器的协调配合。肺朝百脉，循行于全身的血脉均汇聚于肺；脉会太渊，且肺主气，通过肺气的输布才能布于全身，故脉象的形成是与脏腑气血密切相关的。脾胃为气血生化之源，脾主统血，血流的循行有赖于脾气的统摄。肝藏血，主疏泄，以调节循环血量。肾藏精，精化气，是人体阳气的根本、各脏腑组织功能活动的原动力，且精可以化血，是生成血液的物质基础之一。故脉象的形成是与脏腑气血密切相关的，脉象的变化是反映气血盛衰的重要标志，是机体与疾病斗争的矛盾体现。
《濒湖脉学》则认为：“资始于肾，资生于胃。阳中之阴，本乎营卫。营者阴血，卫者阳气。营行脉中，卫行脉外。”就是说，脉搏之所以能够搏动不休，主要是由于“脉气”的存在。“脉气”可以理解为经脉本身的一种机能，这种机能不仅要获得先天之“肾气”和后天“胃气”的不断供给而存在，还要与营气、卫气互相结合起来，才是“脉气”搏动的根本。从“脉气”的性质来说，它是居于“阳中之阴气”。因“气”本来属阳，但脉属阴，它又存在于经脉之中，便绝不是单纯的“阳气”，而有一部分“阴气”在其中了。营气与卫气均产生于脾胃，营气具有化生阴血、营养全身的作用；卫气具有保卫体表的功能。营气是存在于血液里的，所以它和阴血共同在经脉里运行；卫气是阳气的一种，所以它便循行于经脉之外。这样内、外、阴、阳相互作用，就维持了“脉气”的正常活动。
西医学认为，脉搏的形成是由于人体内血液在全身运行周流不息，此即心脏左心室收缩而输出大量血液，分布于全身各组织器官，旧的血液回流于静脉，复入心脏，周而复始，如环无端。脉搏的形成就是由于心脏的收缩，左心室将血液排送到动脉的血管内而冲击血管壁引起波动的反射，这一现象就是中医所称的脉象。
西医学还认为，脉搏的快慢主要取决于心率的快慢。如迷走神经兴奋可抑制心率而使脉搏减慢；交感神经兴奋可使心率变快而使脉搏加速。脉搏强度受心搏强度影响，也与血管紧张度有关，如血管壁弹性的改变、神经系统血管舒缩的影响等，都可使血管充盈度增强，并在脉搏力度上反映出来，如弦紧有力之脉。此外，心律还可影响脉搏节律的匀整。如心房纤颤、室性早搏以及其他心律失常均可影响脉搏的匀整。
脉象的形成既然和脏腑气血关系十分密切，那么任何致病因素导致机体阴阳、气血、脏腑、经络发生病理变化，血脉运行受到影响，则脉象就必然发生相应的变化，故通过诊察脉象，根据脉的部位、数律、形势等变化可以判断疾病的病位和推断疾病的预后。正如《素问》所说：“代则气衰（代脉为元气衰弱），细则气少（细脉为正气衰少），涩则心痛（涩脉为气滞血虚，主心痛之症）。”
疾病的表现尽管十分复杂，但从病位的深浅来说，不在表即在里，而脉象的沉浮常足以反映病位的深浅。沉浮示表里，脉浮者病位多在表，脉沉者病位多在里。例如，咳嗽而脉浮，为表邪夹内饮，以脉浮表示病邪在表；咳而脉沉，表示病邪在中在里。可见，病症虽相同，但脉有浮沉，提示病位不同，而治疗方法悬殊。
疾病的性质可分寒证与热证，脉象的迟数可反映疾病的性质。如迟脉多主寒证，《金匮要略·中风历节病脉证并治》载：“寸口脉迟而缓，迟则为寒，缓则为虚。”数脉多主热证，身有热则气血运行加速，脉跳加快，即古人所说：“数则为热。”《素问·平人气象论》载：“人一呼脉三动，一吸脉三动而躁，尺热曰病温。”说明数脉多见于温热病。
在病变过程中邪正斗争的消长产生虚实的脉象变化，而脉象的有力无力能反映疾病的虚实。徐灵胎曰：“虚实之要，莫逃于脉。”脉虚无力是正气不足的虚证，脉实有力是邪气亢盛的实证。
脉的强弱还可辨疾病的新久，新病正气未损，阳气有余，气血未伤，脉多强，且多为浮滑数脉；久病为正气衰，脉多弱，且多为沉细弱脉。正如《素问·平人气象论》所说：“脉小弱以涩，谓之久病；脉浮滑而疾者，谓之新病。”
脉诊对于推断疾病的进退预后有一定的临床意义。如新病脉实，久病脉虚，为脉症相应，为顺，预后一般良好；新病现阴脉，久病现阳脉，为脉症不符，为逆证，预后多不良。久病脉见缓和，是胃气见复、病退见愈之兆；久病气虚、虚劳或失血、久泄而见洪脉，则多属邪盛正衰危候。外感热病，热势渐退，脉象出现缓和，是将愈之候；若脉急数，烦躁，则病进。又如战汗，汗出脉缓，热退身凉，为病退向愈；若脉急疾，烦躁者，则为病进危候。正如《景岳全书·脉神章》所说：“欲察病之进退吉凶者，但当以胃气为主。察之之法，如今日尚和缓，明日更弦急，知邪气之愈进，邪愈进则病愈甚矣。今日之弦急，明日稍和缓，知胃气之渐至，胃气至则病渐轻矣。即如顷刻之间，初急后缓者，胃气之来也；初缓后急者，胃气之去也。此察邪正进退之法也。”
必须指出，脉与病的关系十分复杂，在一般情况下脉症是相应的，如周学海所说：“有是病，即有是脉”。但也有脉症不相应的特殊情况，故有“舍脉从症”或“舍症从脉”之提法，临床运用应四诊合参，才能得到正确的诊断。