Généralement, les cas avérés de NDE sont considérés lorsqu'un patient a subi une mort clinique, une mort cardiaque ou une mort cérébrale et a été ranimé avec succès. Leurs témoignages sont ensuite comparés à une échelle EMI construite selon le modèle de Rasch pour les normaliser.
Kenneth Ring a notamment construit l'indice WCEI (Weighted Core Experience Index) pour mesurer la « qualité » de l'EMI et Bruce Greyson une échelle de qualification des témoignages.
Des expériences similaires auraient été rapportées par des personnes suite à un accouchement, à un malaise ou pendant une anesthésie à la kétamine, alors que leur pronostic vital n'était pas en jeu. La prise d'hallucinogènes (DMT) ou même certaines techniques de méditation pourraient également provoquer des sensations que certains rapprochent de l'EMI sans toutefois les reproduire dans leur ensemble.
On considère que les circonstances cliniques qui peuvent amener à une EMI incluent les conditions suivantes : arrêt cardiaque, choc post traumatique après une perte importante de sang ou des complications périopératoires, choc anaphylactique, électrocution, coma, hémorragie intracérébrale ou infarctus cérébral, tentative de suicide, quasi-noyade ou asphyxie, apnée, et dépression grave.
Beaucoup d'EMI apparaissent après un épisode crucial (ex: lorsque le patient entend qu'il est déclaré mort par le médecin ou l'infirmière), ou lorsque la personne ressent l'impression d'être dans une situation fatale (ex: juste avant un accident de voiture). Contrairement à la croyance populaire, les tentatives de suicide ne conduisent pas plus souvent à de désagréables EMI que lors de situations non intentionnelles.
La privation d'oxygène ou hypoxie peut provoquer beaucoup des symptômes EMI comme l'a démontré Michael Portillo dans le documentaire "How To Kill A Human Being" (en français: "Comment tuer un être humain") sur BBC Horizon.
Selon des études épidémiologiques, les témoignages d'EMI seraient plus fréquents chez les sujets âgés de moins de 60 ans, ou bien ayant une saturation en dioxygène élevée.
Sur un plan physiologique, l'EMI ne peut pas être apparentée aux états modifiés de conscience, au rêve, aux hallucinations, et à certains cas d'épilepsie. Ces derniers sont mieux connus scientifiquement et peuvent par exemple être dus à l'anoxie qui provoquerait un dysfonctionnement de l’hippocampe.
Certains ont fait un rapprochement avec les irruptions de sommeil paradoxal dans l'état de veille constatées dans certaines pathologies. Il s'agit d'une activation du cortex occipital, régulée par plusieurs structures du tronc cérébral comme le noyau pédonculopontin, le tegmentum latéral, le raphé dorsal, le locus cœruleus (mécanisme cholinergique qui contrebalancerait la réaction d'alerte noradrénergique impliquant le locus cœruleus).
En 2002, Olaf Blanke, Stephanie Ortigue, Theodor Landis et Margitta Seeck, du département de neurologie de l'hôpital universitaire de Genève ont publié dans la revue Nature un article décrivant une expérience autoscopique provoquée par la stimulation électrique d'une région spécifique du cerveau chez une patiente épileptique.
Dans une nouvelle théorie élaborée par Kinseher en 2006, les connaissances actuelles du système nerveux autonome sont appliquées dans la recherche du phénomène EMI. Sa théorie explique que l'expérience d'une mort imminente est un paradoxe d'une extrême étrangeté pour un organisme vivant, ce qui déclenche en retour une EMI: pendant celle-ci, l'individu devient capable de "voir" le cerveau en pleine analyse de toute la mémoire épisodique (y compris les expériences prénatales) afin de trouver une expérience similaire à la situation imminente de mort. Tous ces morceaux d'informations analysés et récupérés sont en permanence évalués par le cerveau, comme s'il cherchait un mécanisme pour copier un moyen d'éviter cette situation potentiellement fatale. Kinseher pense que c'est la raison pour laquelle une expérience de mort imminente est si inhabituelle.
Cette théorie décrit également que les expériences extracorporelles, qui accompagnent les EMI, sont une tentative du cerveau pour recréer une représentation mentale de la situation et de la scène. Le cerveau puise alors dans les informations des capteurs sensoriels et des expériences emmagasinées (connaissance) et transforme tout cela en une sorte de rêve à propos de soi et de l'environnement (l'entourage).
Que ces expériences de mort imminente soient ou non hallucinatoires, elles ont toujours un impact profond sur l'individu. Beaucoup de psychologues, ne recherchant pas forcément une explication paranormale (à l'instar de Susan Blackmore), ont reconnu cet impact. Les scientifiques n'essaient pas pour autant de discréditer les expériences de mort imminente, mais promeuvent la recherche de causes biologiques aux EMI.