I.1. «Теория угрозы наказания».
Раскрывая её суть Линн Мэрси, бывший президент (1982—1984 гг.) Американской ассоциации операторов полиграфа (ААП), писал:
«...основная теория полиграфа заключается в том, что при определенных обстоятельствах вопросы, истина в отношении которых может иметь губительные последствия для конкретного субъекта, будут активизировать симпатическую нервную систему и вызывать физиологические изменения; которые могут быть зарегистрированы, измерены и проанализированы. По этой причине физиологическая реакция, выявляемая с помощью прибора, наступает независимо от содержания ответа. Иными словами, если субъекту задают вопрос: "Это вы убили X.?", и он в это время осознает, что действительно убил X., физиологическая реакция будет зарегистрирована, даже если субъект признает себя виновным и ответит утвердительно... Если же в ответ на вопрос субъект должен лживо отрицать свое соучастие в преступлении, страх раскрытия истины (поскольку он знает ее) вызовет изменения в функциях каждой из систем, измеряемых и фиксируемых полиграфом, и позволит наблюдать оператору физиологические реакции, которые (предполагаемые теоретические и демонстрируемые эмпирически сотнями тысяч проверок на полиграфе) могут быть соотнесены с ложью. Если же субъект правдиво отрицает свое участие в преступлении, кризис сокрытия истины будет отсутствовать и вопрос не будет стимулировать к действию симпатическую нервную систему организма...
Отсутствие реакции должно означать, что субъект говорит правду; в то время как наличие реакций означает, что он утаивает информацию, которая, как он полагает, имеет отношение к поставленному перед ним вопросу».
Возражения против этой теории состоят в следующем:
1. «Согласно этой теории, полиграф скорее измеряет страх перед проверкой, чем ложь как таковую.»
2. Известно, что далеко не все изменения в организме, происходящие на психофизиологическом уровне, обусловлены действием симпатической составляющей вегетативной нервной системы: например, часто наблюдаемое при испытании на полиграфе снижениечастоты сердечных сокращений, возникающее в ответ на предъявление опрашиваемому лицу значимых для него вопросов, определяется реакциями не симпатической, а парасимпатической нервной системы.
3. «Теория угрозы наказания» создает большие трудности в объяснении высокой результативности модельных исследований например, проводимых в лабораторных условиях тестов с отгадыванием задуманного числа или выбранной карты — где полностью исключена угроза «губительных последствий» за сокрытие «лжи», утаиваемой от экспериментатора.
4. Теоретически выводимое предположение о том, что «у субъекта, которому было бы неведомо, что его реакции подвергаются контролю, степень их проявления была бы минимальной», не подтверждается экспериментально - в тех случаях, когда удавалось убедить испытуемых в отключении полиграфа (реакции регистрировались телеметрически на вынесенный прибор), было установлено, что никакого существенного ослабления выраженности психофизиологических реакций не наблюдалось.
I.2. «Теория конфликта».
Согласно ей «...сильные физиологические сдвиги будут иметь место тогда, когда две несовместимые тенденции реагирования будут активированы одновременно: тенденция говорить правду и тенденция лгать относительно рассматриваемого инцидента».
Не смотря на то, что некоторые выводимые из неё теоретические утверждения подтверждаются экспериментально, например утверждение «детекция будет осуществляться тем легче, чем сильнее проверяемый будет пытаться скрыть свою ложь» подтверждается улучшением выделения скрываемых стимулов при стремлении испытуемых «обмануть прибор», т. е. при усилении «конфликта», большинство специалистов признают, что «теория конфликта» достаточно уязвима, и предостерегают от далеко идущих выводов: «...если конфликт является основой или причиной сильных реакций, которые обозначают ложь, то тогда существует определенная опасность впасть в заблуждение в связи с большими реакциями, вызываемыми личными эмоциональными проблемами... Является установленным тот факт, что слова, затрагивающие эмоционально значимые зоны, вызовут большие реакции, невзирая на ложь». С позиции «теории конфликта» также не поддается объяснению хорошо известный факт возникновения больших реакций при предъявлении психически значимых стимулов, когда от испытуемого вообще не требуются ответы (так называемый молчаливый тест — silent-test) и практически исключается сама возможность возникновения «конфликта противоборствующих тенденций».
I.3. Условно-рефлекторная теория.
«Эта теория основана на том, что критические вопросы порождают дифференцированное физиологическое реагирование в силу того, что они обусловлены прошлым опытом проверяемого. Согласно такому подходу, чем серьезнее преступление, тем сильнее реакции, которые будут вызваны этими критическими вопросами». Не смотря на кажущуюся простоту и очевидность дать приемлемое объяснение психофизиологическим реакциям на ложь в ходе лабораторных экспериментов, где процент детекции весьма высок (например, в экспериментах с идентификацией карты, которую выбрал и скрывает испытуемый) в рамках этой теории не представляется возможным. 
Общим недостатком теорий «мотивационно-эмоционального класса», по мнению ведущих зарубежных специалистов, являются «сложности при объяснении значительной успешности детекции лжи в "мягких" условиях, когда у испытуемых нет высокой мотивации избегать обнаружения лжи, когда вообще не требуется лгать, когда испытуемые не пытаются скрывать значимую информацию и даже когда испытуемые не подозревают, что их реакции регистрируются полиграфом».
II.1. «Теория активации».
согласно ей «детекция происходит из-за различной активационной силы предъявляемых стимулов». Для экспериментального обоснования этой теории привлекают введенное Д. Ликкеном в 1959 г. понятие «знания виновного». Его суть заключается в том, что признак преступления «только для виновного субъекта будет иметь особое значение, "сигнализируя ценность", которая будет вести к ориентировочному рефлексу, более сильному, чем на другие признаки, не связанные с преступлением. Понятно, что для субъектов, которые не обладают "знаниями виновного", все темы равны и вызывают обыкновенные ориентировочные рефлексы, которые будут угасать при повторениях». Именно этим и определяется «когнитивный» элемент теории активации, в силу которого «ударение делается скорее на том факте, что индивид что-то знает, чем на его эмоциях, страхах, обусловленных ответах или лжи». В целом эта теория хорошо согласуется с результатами многих лабораторных исследований, проводимых в данной области. В частности, применение теории активации позволяет понять причины существенных различий в эффективности выделения психически значимых стимулов при различных уровнях мотивации. (Необходимо упомянуть, что результаты экспериментальных исследований, направленные на подтверждение теории активации, основываются, как правило, на регистрации кожно-гальванического рефлекса (КГР) — единственного физиологического показателя, в отношении которого-зарубежные исследователи могли применить объективную количественную оценку наблюдаемых реакций.) Теория активации не нашла широкого признания у операторов полиграфа. По мнению ведущих специалистов в этой области Дж. Рейда и Ф. Инбау, «теория активации» может быть доминирующей в лабораторных экспериментах, но в полевых условиях угроза наказаний подавляет эффект бдительности и внимания найденный в лаборатории. Это различие используется операторами полиграфа для объяснения эффективности КГР в лабораторных условиях, но не в полевых».
Перечисленными теориями попытки создать надежную теоретическу основу метода специальных психофизиолигических исследований, разумеется, не исчерпываются. Ведущие специалисты Израиля и Канады Г. Бен-Шахар и Дж. Фюреди в 1990 г. констатировали, что «ни одна из теорий и ни один из теоретических подходов не способны охватить весь объем данных», наблюдаемых при использовании психофизиологического метода детекции лжи. Поэтому «соломоновым решением» в сложившейся к началу 90-х годов ситуации, по-видимому, следует признать мнение Дэвиса, который, исходя из того, что «обсуждавшиеся теории не противоречат друг другу», пришел к компромиссному заключению: «весьма возможно, они все - действительно в определенноймере работают в ситуации детекции лжи».
В целом разработка теории испытаний выдвигается на первое место среди вопросов, стоящих на современном этапе при применении полиграфа в специальных целях: по оценке экспертов Конгресса США, сделайной еще в 1983 г., для создания всеобъемлющей «теории полиграфа» прежде всего, необходимо «проведение фундаментальных исследований, основанных на новейших достижениях психологии, физиологии, психиатрии, медицины и нейронаук».