Nella fibrillazione atriale l'impulso del battito cardiaco non parte più dal nodo seno-atriale ma da altre zone, prevalentemente dalle aree che circondano lo sbocco delle vene polmonari nell'atrio sinistro. Le pareti degli atri fibrillano e non si contraggono in modo simultaneo. Gli atri pulsano ad alta frequenza in maniera completamente caotica. Il nodo atrio-ventricolare riceve quindi dall'atrio molti più impulsi di quanti sia in grado di condurne, e trasmette ai ventricoli solo alcuni battiti in maniera casuale. Questa variabilità della conduzione atrioventricolare fa sì che i ventricoli si contraggano in maniera irregolare. La complicazione più temibile della fibrillazione atriale è l'ictus tromboembolico che si verifica come conseguenza della ridotta contrazione atriale, il sangue ristagna in atrio sinistro e può coagulare formando trombi che, immessi nel circolo sanguigno, possono fermarsi a livello di una arteria del cervello ostruendola.