Consiste in modificazioni elettrofisiologiche delle fibre muscolari miocardiche: accorciamento del periodo refrattario atriale effettivo (ERP), perdita dell'adattamento dell'ERP alla frequenza cardiaca, rallentamento della velocità di conduzione atriale, disomogeneità della velocità di conduzione e del l'ERP nelle varie fibre atriali, perdita dell'adattamento della durata del potenziale d'azione alla frequenza cardiaca. Dal punto di vista molecolare, alla base di queste modificazioni ci sarebbero variazioni delle correnti ioniche di membrana indotte dalla fibrillazione atriale. In particolare sono state dimostrate diminuzione del ICaL Ito e Ikur, aumento di Ik1, IkACh e Iks. L'aumento del calcio intracellulare porta all'attivazione della Calcineurina Ca-dipendente e del sistema kinasi II Calcio/Calmodulina (le stesse vie sono coinvolte nell'apoptosi o morte cellulare. È stata dimostrata anche l'iperfosforilazione della Connessina 43 con alterazione della conduzione del potenziale d'azione nelle giunzioni tra i miociti.