Bei der personalisierten Verhältniswahl in Deutschland hat jeder Wähler zwei Stimmen. Mit der Erststimme wählt er den Direktkandidaten in seinem Wahlkreis. Er bestimmt also, wer ihn im Parlament vertreten soll. Der Kandidat, der im Wahlkreis die meisten Stimmen erhält - es genügt also die relative Mahrheit - gewinnt das Direktmandat und ist automatisch zum Bundestagsabgeordneten gewählt. Diese direkte Wahl soll für eine stärkere Verankerung der Abgeordneten in den Wahlkreisen sorgen. Allerdings ist die Parteizugehörigkeit ein wichtiger Faktor, der auch über den Erfolg in den Wahlkreisen entscheidet. Nicht-parteigebundene Kandidaten und kleinere Parteien gewinnen in der Regel keine oder nur wenige Direktmandate. Auf dem Stimmzettel wird die Erststimme links abgegeben.
Die Zweitstimme ist die wichtigere Stimme, weil sie über die Sitzverteilung zwischen den Parteien im Bundestag entscheidet. Mit ihr stimmt der Wähler für eine bestimmte Partei und deren Landesliste. Nach dem Prinzip der Verhältniswahl werden die Stimmen bundesweit zusammengezählt und auf die Parteien umgerechnet. Die Landeslisten werden von den Parteien in den Bundesländern zusammengestellt. Während die im Bundestag vertretenen Parteien in allen Bundesländern zur Wahl antreten, reichen kleinere Parteien oft nicht überall Listen ein, sondern kandidieren nur mit Direktkandidaten. Auf dem Stimmzettel stehen die Landeslisten rechts.
Seit 1953 müssen mindestens fünf Prozent der bundesweit abgegebenen Stimmen erzielt werden, um in den Bundestag einzuziehen. 1949 reichte es, diese Hürde nur in einem Bundesland zu überspringen. Umgangen werden konnte dies, durch den Gewinn mindestens eines Direktmandats. Diese Zahl wurde 1956 auf drei solcher "Grundmandate" erhöht. Bei ihrem Gewinn ist eine Partei nicht nur mit drei Abgeordneten, sondern entsprechend ihres Zweitstimmenanteils im Bundestag vertreten. Allerdings kann sie dort keine Fraktion bilden.
Überhangmandate entstehen, wenn eine Partei in einem Bundesland mehr Direktmandate gewinnt, als ihr Sitze aufgrund der Zweitstimmen zustehen. Alle siegreichen Direktkandidaten aus den Wahlkreisen ziehen dann in den Bundestag ein und die Gesamtzahl der Sitze erhöht sich. Bei den Wahlen 2005 erhielten CDU und SPD zusammen 16 Überhangmandate.
Ein möglicher Grund für Überhangmandate kann die geringe Wahlbeteiligung in einem Bundesland sein. Auch das sogenannte "Stimmen-Splitting" kann diesen Effekt haben: Wenn Wähler mit ihrer Erststimme für den aussichtsreichen Direktkandidaten einer großen Partei und mit ihrer Zweitstimme für eine kleinere Partei stimmen, führt das zu einer Differenz zwischen Erst- und Zweitstimmen einer Partei.
Für die Berechnung der Bundestagsmandate werden zunächst alle Zweitstimmen zusammengezählt, die auf die Landeslisten einer Partei abgegeben wurden. Parteien, die nicht mindestens fünf Prozent der gültigen Zweitstimmen errungen haben, fließen nicht in die weitere Berechnung ein. Dann wird die Gesamtzahl der Mandate einer Partei auf Bundesebene berechnet. Mit der Wahl 2009 erfolgt die Berechnung erstmals nach dem sogenannten Sainte-Laguë/Schepers-Verfahren, das weder kleine noch große Parteien bevorzugt. Wenn feststeht, wie viele Bundestagssitze eine Partei bundesweit gewonnen hat, werden diese auf die einzelnen Bundesländer verteilt: Je mehr Stimmen eine Partei in einem Bundesland errungen hat, umso mehr Mandate stehen ihr zu. Hat eine Partei also in zwei Bundesländern jeweils 30 Prozent der Stimmen auf sich vereint, stehen ihr im Land mit größerer Bevölkerung oder höheren Wahlbeteiligung mehr Mandate zu.
Ein Teil der Kosten, die die Parteien für den Wahlkampf aufbringen, wird vom Staat erstattet. Die Summe hängt vom Wahlerfolg ab: Jede zur Bundestagswahl zugelassenen Partei erhält für die ersten vier Millionen gültigen Stimmen je 0,85 Euro. Für jede weitere Stimme erhält sie 0,70 Euro. Voraussetzung ist, dass sie bei der Wahl mindestens 0,5 Prozent der abgegebenen Stimmen erringen konnte. Damit soll verhindert werden, dass Splitterparteien sich nur in der Hoffnung auf Kostenerstattung zur Wahl stellen. Deshalb erhalten auch unabhängige Einzelbewerber erst ab einem Erststimmenanteil von zehn Prozent 2,80 Euro je Stimme.