Die wichtigste Untersuchung zur Diagnose von Herzrhythmusstörungen ist die Elektrokardiografie (EKG). Dabei werden die elektrischen Ströme im Herzen gemessen. Die Herzaktivität wird dann als Kurve dargestellt, aus welcher der Arzt Rückschlüsse auf die Art der Rhythmusstörung ziehen kann.
Das EKG wird zunächst unter Ruhebedingungen durchgeführt (Ruhe-EKG). Weiteren Aufschluss geben bei Bedarf ein Belastungs-EKG (Ergometrie; Messung der Herzaktivität unter Belastungsbedingung, zum Beispiel beim Laufen auf einem Laufband oder Radeln auf einem Fahrrad). Denn bestimmte Herzrhythmusstörungen treten nur dann auf oder verschlechtern sich unter Belastung. Ein Langzeit-EKG über 24 Stunden hilft, auch Unregelmäßigkeiten des Herzrhythmus aufzudecken, die nur sporadisch auftreten. Eine weitere Möglichkeit ist es, den Betroffenen ein tragbares kleines EKG-Gerät mitzugeben und sie zu bitten, das EKG anzuschalten, wenn Symptome auftreten (Eventrecorder). So können nur selten auftretende Herzrhythmusstörungen eventuell doch aufgezeichnet werden.