בעוד שהפקת הצליל שלגיטרה אקוסטית מסתמכת עלתיבת תהודה, הצליל של הגיטרה החשמלית נסמך על אות חשמלי המופק מהתקנים המכונים פיקאפים (Pickups). הפיקאפים קולטים את תנועתם של מיתרי הגיטרה המתכתיים באמצעות שינויים בשדה המגנטי שהמיתרים מעוררים. האות החשמלי המופק מהם תלוי בתדירות התנועה של המיתרים. עיצוב האות החשמלי מתבצע באוסף של מכשירים אלקטרונים שחיבורם נקרא "שרשרת אפקטים". שרשרת האפקטים מתחילה מהגיטרה ומסתיימת במגבר.בגיטרה עצמה, יש מספר גורמים האחראים לצליל המופק, ביניהם העצים ממנו היא עשויה (לרוב עץ שונה לגוף ולצוואר), סוג הפיקאפים המותקנים בה וסוג המתכת ממנה עשוי הגשר שלה. עצים פופולריים לבניית גיטרות כולליםמהגוני,אדר הסוכר (בעיקר לצוואר),אלמון,מילה וטיליה אמריקאית (Tilia americana, באנגלית Basswood).
המכשיר המשמש להגברת האות החשמלי והמרתו לצליל נקרא מגבר (Amplifier). מגברים מאפשרים לשלוט בתכונות שונות של הצליל (לדוגמה־עוצמת הצליל, גיין, טווח בס וטרבל). חלק מהמגברים כוללים את האפקט הבסיסי והפופולרי "דיסטורשן" (distortion - עיוות). רוב המגברים כוללים אלמנט "קדם־מגבר" (או פרי־אמפ, preamp באנגלית), שחיוניים להגברת הגיטרה, שנותנת באופן טבעי צליל מאוד חלש. בנוסף רוב המגברים כוללים רמקול בגדלים משתנים, שממנו יוצא הצליל.
בדגמים המוקדמים, המכשירים כללושפופרות ריק - התקנים ששימשו באותו זמן להגברת אות חשמלי. עם התפתחות האלקטרוניקה, מגברים מסוג זה נזנחו אך לאור ההבדל בצליל (מתארים את הצליל המופק ממגברי שפופרות כ"חם" יותר), חזרו להשתמש בהם.
למעשה, מגברים עם שפופרות היו בשימוש בשלושים השנים הראשונות מ-1940 ועד 1970 לערך. ואז הייתה התלהבות ממגברים טרנזיסטוריים. לאחר זמן מה התברר למוזיקאים שתפקידו של המגבר אינו רק להגביר את הסיגנלים הזעירים המופקים בגיטרה החשמלית, אלא שהמגבר הוא חלק מיצירת הצליל המקורי ותפקידו דומה לתיבת התהודה בגיטרה אקוסטית. המגברים הטרנזיסטורים הראשונים לא הצליחו לספק את הצליל היפה והחם (לדעתם) של המגברים הטרנזיסטורים. לכן רבים מהמוזיקאים המקצוענים ממשיכים להשתמש עד היום במגברי שפופרת. הדגמים הנפוצים ביותר בעולם הם FENDER האמריקנית וכן VOX וגם MARSHALL הבריטיות. מגברים קיימים בדגמים קטנים וניידים, בעלי הספק נמוך, מגברים ביתיים גדולים יותר, ועד מגברי־ענק מקצועיים להופעות, הבולטים בגודלם על הבמה.
התקנים אלקטרוניים או חשמליים המבצעים שינויים באות החשמלי ותכונותיו, שבסופו של דבר מתבטא בשינויים בצליל. קיימים עשרות דגמים בסיסיים של תיבות אפקטים, כולל תיבות מוגדרות מראש לחיקוי צלילים שמאפיינים גיטריסטים מפורסמים או ז'אנרים ספציפיים (בלוז, ג'אז, רוק, מטאל, מזרחית ועוד). נוהגים לשלב תיבות אפקטים רבות בחיבורים שונים, חיבורים המכונים "שרשראות אפקטים". שילוב של תיבות אפקטים רבות, ברמות שונות לכל אפקט, יוצר גיוון רב ומאפשר לכל גיטריסט לבחור את הצליל שהוא מעוניין בו.
בשנות ה־60, גיטריסטים החלו לעוות את הצליל של הגיטרה באמצעות הגברת הגיין או עוצמת הצליל, של הקדם מגבר (preamplifer או בקיצור preamp). האפקט הנוצר היה של "קיטום" האות האלקטרוני (בעת ההגעה לסף ההגברה שלשפופרות הריק).
השלב הבא, הופעתן של תיבות האפקטים שהרחיבו עוד יותר את מגוון הצלילים של הגיטרה, היה רק עניין של זמן. תיבות אפקטים היו נתונות בתוך מארז מתכתי וכללו לחצן גדול וגס המאפשר להפעיל או לכבות את המכשיר (הפסקת עיצוב האות החשמלי ללא הפסקת העברתו למגבר) באמצעות דריכה וזאת מהסיבה הפשוטה שידי הגיטריסטים צריכות להיות פנויות לנגינה בגיטרה, בעוד שהם חופשיים לעשות שימוש ברגליהם. לגיטריסטים רבים השימוש בתיבות האפקטים הפך לחלק קריטי ביצירותיהם, לעיתים עוד יותר מהגיטרה עצמה.
בשנות השמונים והתשעים, הושגה הצלחה בתכנון אפקטים אלקטרונים־דיגיטליים ומבוססי תוכנה, המסוגלים לחקות באיכות משופרת את האפקטים שהושגו בעבר באמצעים אנלוגיים, ביניהם מגברי שפופרות ריק.
הודות להתפתחות של המחשבים האישיים, בתחילת העשור הראשון של המאה ה־21 יצאו לשוק כרטיסי קול המאפשרים חיבור של הגיטרה למחשב. כמו כן, יוצרו תוכנות ייעודיות להדמיית אפקטים והאינטרנט אפשר הפצה של תוכנות חופשיות כאלו וקבצים השומרים בתוכם הגדרות לאפקטים שמשתמשים אחרים יצרו. תוכנות מסוג זה מאפשרות לנגנים מתחילים והן לנגנים מקצועיים להתנסות בשימוש באפקטים. למרות יתרונותיהם היחסיים של אפקטים דיגיטליים, גיטריסטים מקצועיים רבים מעדיפים לעשות שימוש באפקטים אנלוגיים, משום צלילם המיוחד.
דיסטורשן (Distortion; או אוברדרייב Overdrive, אפקט דומה) אפקט הנותן סאונד "מלוכלך" ו"אגרסיבי", פופולרי במיוחד בנגינת רוק, מטאל או בקטעי סולו. אפקט מאוד שכיח, נמצא ברבבות קטעימוזיקה פופולרית.
דיליי, רוורב, אקו (Delay; Reverb; Echo) - נותנים אפקט של הד, צליל החוזר על עצמו הרבה פעמים, כמו במערה, אולם קונצרטים וכו'. יכול להדהד הרבה פעמים, כאילו יש יותר מגיטרה אחת מנגנת (דיליי, אקו) או לדמות חללים פתוחים שונים (רוורב). גיטריסטים ידועים שהשתמשו באפקט זה הם:דייוויד גילמור (מלהקתפינק פלויד) ובריאן מיי (מלהקתקווין).
וואה וואה (Wah-wah) - אפקט המופעל על ידידוושה. פעולתו של האפקט נעשית על ידי חיתוך תדרים הגבוהים (טרבל), כך שנוצר צליל המזכיר דיבור של בנאדם. גיטריסטים ידועים המשתמשים באפקט זה הם:ג'ימי הנדריקס,קירק האמט (מלהקתמטאליקה) וג'ון פרושיאנטה (מלהקת הרד הוט צ'ילי פפרס).
קורוס, או פלנג'ר (Chorus; Flanger) - אפקט שמדמה צליל של "מקהלה". האפקט לוקח את הצליל הבודד של הגיטרה, מעתיק אותו, מעוות אותו קצת, ומנגן אותו במרווח (דיליי) קצר מאוד אחרי הצליל המקורי. הסאונד שמתקבל הוא של צליל יותר "חם" ו"הרמוני".
בוסטר (Booster) - אפקט שמגביר את עוצמת האות החשמלי המועבר מהגיטרה למגבר, לפני הגעתו אל המגבר. משמש בעיקר להגברת צליל הגיטרה בסולואים וקטעי Lead.
פייזר (Phaser) - אפקט המבצע פעולה דומה לזו של אפקט הוואה־וואה, אך בקצב מוגדר מראש ובאופן אוטומטי.
הגיטרה החשמלית המסחרית הראשונה פותחה על ידי ג'ורג' ביצ'אם (Beauchamp) ואדולף ריקנבאקר (Adolph Rickenbacher), וכונתה 'המחבת' (The Frying Pan) על שום צורתה. היא יצאה לשוק ב־1931. הגיטרות החשמליות הראשונות היו למעשהגיטרות אקוסטיות (בעלות תיבת תהודה ומיתרי מתכת), אשר להן חוברו "פיקאפים". כאשר התעורר הצורך בעוצמות קול גבוהות. המוזיקה הפופולרית בארצות הברית של אותה תקופה הייתה הביג בנד - אלו היו תזמורות גדולות הכללו סקציות שלכלי נשיפה וחטיבת קצב, ולכן ניגנו בווליום גבוה מאוד. הגיטרה החשמלית יכלה להתאים את עצמה לסגנון מוזיקה זה וכך צברה פופולריות. הגיטרות יוצרו על ידי חברות שונות, כמו ריקנבאקר, אודיווקס וגיבסון.
קיימים מספר סוגים של גיטרות חשמליות. סוג הגיטרה החשמלית הפופולרי ביותר נקרא solid-body - גיטרה חשמלית הבנויה מעץ מלא ללא תיבת תהודה - והוא יוצר לראשונה בצורה מסחרית על ידי ליאו פנדר בשנת1949. הדגם נקרא "איסקוייר", שהייתה גיטרה בעלת פיקאפ יחיד. המניע הראשוני להסרת תיבת התהודה היה בעיית ה'פידבק': צליל צורמני שנוצר עקב הגברה בלתי-מכוונת של הצלילים הבוקעים מהמגבר בגלל תיבת התהודה. לאחר מספר שנים, נוסף עוד פיקאפ והשם שונה ל"ברודקאסטר" ולאחר מכן שמו שונה ל"טלקסטר" מפני ש"גרטש" החלו לייצר קודם לכן דגם שנקרא "ברודקאסטר" ונוצר בלבול.
ב־1952 יצא לשוק דגםגיטרה נוסף שפותח על ידי חברת גיבסון על בסיס אבטיפוס שבנה גיטריסט הג'אז האמריקאילסטר (לס) פול, הנקראגיבסון לס פול, אשר זכה להצלחה גדולה ביותר; ב־1954, חברתפנדר הוציאה לשוק את הדגםסטראטוקסטר (הנקרא בקיצור "סטראט"), אשר זוכה להצלחה מסחררת החל משנות ה-60 ועד ימינו. ה"סטראטוקסטר" וה"לס פול" הן אבות הטיפוס לרוב גיטרות ה־"solid body" שמיוצרות מאז. הדגמים הנ"ל מיוצרים עד היום אבל בגלל שינויים בתהליכי הייצור ובבעלות על החברות וכן בשל התיישנות העץ (שמשפרת את הצליל בגיטרות איכותיות), אין אחידות ברמתם של דגמים זהים מתקופות שונות.
בנוסף לגיטרת solid-body קיימים 2 סוגים עיקריים נוספים של גיטרות חשמליות המשמרות את עקרון הגיטרות החשמליות הראשונות שהיו מבוססות על תיבת תהודה בדומה לגיטרה אקוסטית, והן נקראת hollow-body (גיטרת נפח או נפח מלא) או semi-hollow (גיטרת חצי נפח). בגיטרת נפח מלא גוף הגיטרה עבה וחלול לגמרי כמו בגיטרה אקוסטית, וחלק מהצליל מוגבר מתוך תיבת התהודה. בגיטרת חצי נפח הגוף דק יותר ובמרכזו עובר בלוק עץ (center block) אשר חוצה את תיבת התהודה מתחת לפיקאפים וכך ״מכווץ״ את הצליל ומונע את הפידבק שהוא כאמור תופעה שגרתית בגיטרות מוגברות בעלות תיבת תהודה. במקום פתח התהודה העגול הקיים בגיטרה אקוסטית יש בגיטרות נפח מלא וחצי נפח 2 פתחי תהודה בצורת האות "f" בצידי הגוף, בדומה לכינור.
לגיטרת נפח מלא צליל עמוק ורך ומקובלת בעיקר בג׳אז, כאשר גיטרת חצי נפח נחשבת ורסטילית ומשתלבת במגוון סגנונות מג׳אז דרך בלוז ועד רוק. יצוין כי בארץ משתמשים במונח (השגוי) ״רבע נפח״ בתור כינוי מקובל לגיטרה semi hollow כשהמקור לשיבוש הוא תיאור היחס בין עובי גוף גיטרת נפח מלא שיש לו מנעד רחב יחסית - לגוף הדק של גיטרת חצי נפח. כאמור ההגדרה "חצי נפח" לא מתייחסת לעובי תיבת התהודה אלא לעובדה שהיא "חצי חלולה". גיבסון היא היצרנית העיקרית של גיטרות נפח מלא כמו ES-175 וגיטרות חצי נפח כמו ES-335 שהיא גם המודל העיקרי לחיקוי עבור שאר היצרנים.
הבדלים נוספים בין גיטרות נפח לשאר הגיטרות החשמליות: החלק העליון של גוף הגיטרה הנמצא מתחת למיתרים הוא קמור וקשתי (Arch-top) בדומה לכינור, ולא שטוח כמו בשאר הגיטרות החשמליות (Flat-top) ולכן הגשר המרכזי המחזיק את המיתרים אינו מקובע לגוף הגיטרה והוא "צף" ומהודק לגוף בלחץ המיתרים (Floating bridge). לכן המושג Archtop guitar מתייחס לרוב לגיטרת נפח חשמלית למרות שקיימות גם גיטרות אקוסטיות עם מבנה דומה. הפיקאפים המותקנים בגיטרות נפח הם בדרך כלל פיקאפ מסוג "האמבאקר" (Humbucker) הכולל שני סלילים מגנטיים במקום סליל אחד (Single coil) עבור הקטנת הזמזום (hum) מהמגבר.
בראשית המאה ה-21 נעשו חידושים בתכנונן של גיטרות חשמליות:
ב־2002, חברת גיבסון הכריזה על יצירתה של הגיטרה הדיגיטלית הראשונה. ההמרה לאות דיגיטלי מתבצעת בתוך הגיטרה, והאות המופק מועבר דרך כבלאתרנט. שיטה זו מבטלת את החסרון ברעש הנגרם משימוש בכבלים לא איכותיים ומאפשרת עיבוד אותות עצמאי לכל מיתר נפרד.
ב־2003, יצרנית המגברים "Line 6" שחררה לשוק את גיטרת הואריאקס (Variax). הייחוד בגיטרה זו, הוא השימוש בפיקאפיםפיזואלקטריים במקום הפיקאפים האלקטרומגנטיים הסטנדרטיים. כמו כן, יש בתוכה מחשב המאפשר לשנות את הצליל המופק מהגיטרה לצליל של גיטרות פופולריות רבות.
בסוף 2007 גיבסון השיקה את הדגם "Gibson Robot" עם טכנולוגיית הכוונון העצמי. טכנולוגיה זו הוחלפה בשנת 2013 בטכנולוגיה דומה בשם Mini E-Tune.
טכניקת הנגינה בגיטרה חשמלית שונה מטכניקת הנגינה בגיטרה קלאסית. הגיטרה החשמלית מאפשרת שליטה מלאה בצליל הנגינה. השליטה מתחלקת לשתי קטגוריות. הראשונה, אפשרויות האפקטים המולבשים על הצליל הרגיל של הגיטרה והשנייה, טכניקות נגינה כמו שליטה במשוב (פידבק), גשר הטרמולו (ברוב הגיטרות הנפוצות היום), טכניקות פריטה שונות וכו'. בגיטרה חשמלית, בניגוד לגיטרה קלאסית, אין כמעט שימוש באצבעות יד ימין ובציפורניים (מלבד גיטריסטים כמומארק נופלר מהדייר סטרייטס. ראופינגר סטייל). כל התווים מנוגנים בדרך כלל בעזרתמפרט על מנת לשלוט בצליל היוצא בצורה מלאה. כמו כן, ישנן תוספות שונות לנגינה, מעין "מיני־טכניקות", אשר מעשירות את הצליל, כגון טפינג (tapping) שפותחה על ידיאדי ואן היילן, חסימה (muting) וכיוצא בזה (ראופריטה בגיטרה).
טכניקת הנגינה בגיטרה חשמלית פותחה על ידי אומני הבלוז האינסטרומנטלי בשנות הארבעים והחמישים, והתפתחה לכיוונים שונים. הן במוזיקה הנאו־קלאסית והן במוזיקת הג'אז, כאשרגיטריסטים מושכלים כמווס מונטגומרי פיתחו טכניקותאלתור שונות על גיטרה, כמו Chord melody, נגינה באוקטבות ועוד. עד להופעתם של גיטריסטים כמומייקל אנג'לו באטיו ואינגווי מלמסטין שחיברו את המודוסים הקלאסיים למוזיקת המטאל ופיתחו יכולת נגינה במהירויות גבוהות במיוחד (מה שמכונה "גיטרשרדינג").
אף על פי שרוב הגיטרות הם בעלות שישה מיתרים בלבד, ישנן גיטרות בעלות שבעה או שמונה מיתרים. גיטרות אלה נמצאות בשימוש בעיקר אצל להקותמטאל מתקדם,דג'נט, ודת'קור, אך ישנם גם מוזיקאיג'אז מסוימים המשתמשים בגיטרות כאלה.
