地震では初期微動でのP波と呼ばれる小さな揺れ（縦波）と主要動でのS波と呼ばれる大きな揺れ（横波）が同時に発生する。P波とS波とは伝搬速度が異なり、P波は毎秒約7km、S波は毎秒約4kmの速さで伝わる。この伝搬速度差を利用して、震源に近い地点におけるP波の観測に基づき、後から来るS波の伝播を時系列的に予測し、震源からある程度以上（P波とS波の時間差が充分に開くほど）離れた地点に対しては、その到達前に予測を発表することができる。
緊急地震速報は秒単位を争う情報であるため、その処理や伝達における遅延を極力少なくして主要動が到達するまでの時間を少しでも長くとる必要があり、配信システムやネットワークなどに高速化のための工夫がされている。
地震動（初期微動や主要動など）の情報は、気象庁の約200と防災科学技術研究所の約800の合わせて全国約1,000箇所に設置されている地震計を利用している。それぞれの地震計から、地震波形データをリアルタイムで気象庁に集計し、これを解析・処理して同庁から発表される緊急地震速報は、気象業務支援センターを経由して利用者へ配信される。また、これら直接の利用者から末端のユーザーへの二次配信が行われることもある。
配信された情報は分かりやすい情報となって映像や音声として表示されるが、様々な形態がある。専用の端末機器では、あらかじめ設置する場所の位置情報や地盤の状態などを設定するなどし、速報時には警報音を鳴らしたり、音声により地震の発生や震度などを伝え、文字や画像、ランプ等により地震の発生や震度、揺れるまでの時間などを伝える。大型の施設などでは、警報音と音声により施設内に一斉に放送などを行うことがある。
緊急地震速報を受け画像・文字や音声などでその情報を知ったとき、どのような対応をとれば安全性が高まるかという指針が関連機関による検討会で出されている。それによる対応の例を以下に挙げる。
「周囲の状況に応じて、あわてずに、まず身の安全を確保する」ことを最大の基本としている。
家庭、職場、学校などの屋内では、地震の発生直後と同じように机の下に隠れ、頭を防護し、転倒物や飛散物から離れ、火を使用している場合は火を消し(10秒以上の猶予が無かったり、人がいる場所と火元が遠かった場合には、火を消さずに退避することが望ましい)、窓や戸を開けて避難経路を確保することなどが求められる。
商業施設、イベント会場など混雑する場所では、屋内と同様に頭を防護し、転倒物や飛散物・看板や照明などの落下物から離れることはもとより、混乱を防ぐため、出入り口に押し掛けないこと、係員などの指示があればそれに従う。
屋外では、転倒物や看板・照明や窓ガラスなどの落下物から離れ、できれば耐震性の高い建物の中に避難することが求められる。加えて崖などの近くでは、崖崩れや落石のおそれがあるため、できるだけ崖などから離れることも求められる。海岸に近い場合は、津波に備えて速やかに高台や建物の高層階に避難することも必要である。
自動車の運転中は、まずハザードランプの点灯などで警告を行い、慌てずゆっくりと減速して、道路の左側に車を寄せて停止する。追突のおそれがあるため、急停止や急ハンドルは避ける。バスや電車の中では、つり革・手すりなどにつかまってしっかりと体を支えられるようにすることが求められる。また、エレベーター内にいる際は最寄の階で止まるようボタンを押して、すばやくエレベーターから出ることが求められる。
慌てずに冷静に行動することが求められるため、事前に速報の受信を想定した訓練を何度も行うことが望ましい。 例えば、施設管理者向けの指針によれば、速報時の対応を盛り込んだマニュアルの作成やそれに沿った訓練などが求められている。また、速報システムを導入していない施設でも、テレビなどで速報が受信されることを考慮して、相応のマニュアル作成や訓練をしたほうがよいとされる。
利活用の可能性については、文部科学省リーディングプロジェクト ⇒緊急地震速報の利活用の実証的調査・研究などにおいて先行的に調査が行なわれてきた。 今後も、各研究所・企業にてさまざまな方面に緊急地震速報を利活用していくシステムが考えられていくと思われる。
以下に例を記す。
列車の運転制御、高度道路交通システムへの速報の組み入れ、運転中の車両への通知や誘導、信号機制御や交通規制、空港での離発着規制、津波に備えた船舶への通知、津波に備えた水門の閉鎖の迅速化、施設内や人が多い場所での避難誘導・指示、家庭や職場などでの安全確保、電話などの通信回線の制御、エレベータや遊具などの制御、工場での稼働中システムの制御、医療や工事現場など危険性の高い場所での安全確保、電力系統・上下水道・都市ガスなどの制御など、多岐にわたる。
提供される情報の内容として、利用者側で各種設定が可能な情報として伝送される「高度利用者向け」と、限定されたシンプルな情報として伝達される「一般向け」の2つに区別されている。 利活用システムの内容、利用方法、注意点等については、上記の「リーディングプロジェクト」や各業界団体などにおいて検討が行なわれてきた。
2004年2月25日から気象庁の試験運用が開始された。2004年10月の新潟県中越地震の際には茨城県守谷市で地震波の到達より早く緊急地震速報が発表される様子がビデオ映像で記録されている[6]。また2007年7月の新潟県中越沖地震では東京都内の家庭において緊急地震速報の様子がビデオ映像に収められた[7]。
緊急地震速報の特性をよく理解し情報を混乱なく利用しうるとされた特定の分野に対しては、2006年8月1日から先行的に緊急地震速報の配信が始められた。ガス・電力・鉄道といったライフライン（例えば、ガスなら主要動が来る前にガス供給をストップし火災を防ぐ。また鉄道では、防護無線を通じて緊急停止させる）や病院（手術中に地震に見舞われる際に患者を守る）などでの活用が想定されている。
この先行的な提供を受けるのに必要な気象業務支援センターとの手続が完了している機関数は2007年3月現在で地方公共団体や鉄道事業者、電力、ガス、製造、放送業など400を超えている。
また、市町村防災行政無線を使った広域への情報提供やそれを利用した訓練が一部の自治体で行われており、2007年10月からは他の自治体にも拡大する予定となっている。