Tim là một cơ quan tự động, có khả năng phát xung và co bóp mà không cần kích thích từ hệ thần kinh trung ương. Tuy nhiên, để đảm bảo hoạt động bơm máu hiệu quả phù hợp với nhu cầu cơ thể, tim cần được điều hòa nhịp nhàng bởi các cơ chế thần kinh, thể dịch và tại chỗ. Trung tâm phát nhịp chính của tim là nút xoang (SA node) - nằm ở thành nhĩ phải, gần chỗ đổ vào của tĩnh mạch chủ trên. Nút xoang phát xung động điện theo nhịp sinh lý bình thường khoảng 60-100 lần/phút và được gọi là "máy tạo nhịp sinh lý" của tim. Xung động lan truyền qua cơ nhĩ, tới nút nhĩ thất (AV node), rồi đến bó His, nhánh trái/phải, và cuối cùng đến mạng Purkinje, giúp co bóp đồng bộ cả hai tâm thất. Hệ thần kinh tự chủ điều hòa hoạt động nút xoang. Hệ giao cảm (qua norepinephrine) làm tăng nhịp tim, tăng lực co bóp và tốc độ dẫn truyền. Ngược lại, hệ phó giao cảm (chủ yếu qua dây X - acetylcholine) giảm nhịp tim và giảm dẫn truyền qua nút nhĩ thất. Khi nghỉ ngơi, hoạt động của dây X trội hơn, do đó nhịp tim cơ bản thường thấp hơn 100 lần/phút. Ngoài thần kinh, các yếu tố thể dịch cũng ảnh hưởng đến nhịp tim. Epinephrine và norepinephrine do tuyến thượng thận tiết ra trong các tình huống stress hoặc vận động sẽ tăng nhịp tim. Các hormone tuyến giáp (đặc biệt là T3) cũng có tác dụng làm tim đập nhanh. Ngoài ra, nồng độ ion máu, đặc biệt là K+, Ca2+ và Na+, có ảnh hưởng trực tiếp đến tính hưng phấn và dẫn truyền trong cơ tim. Cơ thể còn sử dụng các phản xạ sinh lý để điều hòa nhịp tim. Phản xạ thụ thể áp lực nằm ở xoang cảnh và quai động mạch chủ có vai trò phát hiện thay đổi huyết áp: khi huyết áp tăng, phản xạ kích thích phó giao cảm và ức chế giao cảm làm giảm nhịp tim; khi huyết áp giảm, nhịp tim tăng bù. Ngoài ra, phản xạ Bainbridge xảy ra khi tăng thể tích máu về tim phải làm căng nhĩ, gây tăng nhịp tim qua kích thích giao cảm. Trong lâm sàng, hiểu cơ chế điều hòa nhịp tim giúp đánh giá các rối loạn nhịp, điều trị bằng thuốc (như chẹn beta, cường giao cảm, ức chế kênh canxi) hoặc can thiệp bằng máy tạo nhịp và phá rung. Rối loạn ở bất kỳ khâu nào như nút xoang, dẫn truyền hay điều hòa thần kinh-thể dịch đều có thể gây loạn nhịp tim, ảnh hưởng đến huyết động toàn thân.