然而，这可能是一个远高于所需的速率。每个正弦波周期的20个样本实际上远远超过了所需的最小值，并且意味着对信号应用的任何后续处理操作（如数字滤波）都会带来计算开销。
另外，80Hz的采样率（第三个图）似乎采集不足，提供每个正弦波周期少于一个样本点，实际上无法从以此速率采样的样本中准确重构正弦波。如果以80Hz的速率采样，实际上会感知到一个较低频率的正弦波。这种效应通常称为混叠。在当前示例中，混叠信号的频率为20Hz，与正弦波频率和采样率的关系如下：
f=fsine-fs=100Hz-80Hz=20Hz
虽然混叠通常被认为是一种不良效应，但在某些情况下可以故意利用混叠（后面会讨论)。直观上，500Hz的采样率（第一个图）可能看起来“差不多合适”。在这种情况下，每个正弦波周期有五个样本，结果是准确采集正弦波，并保持了合理的计算速率。
在通信中，我们通常考虑由发射机或接收机调制或解调的信号，这些信号没有接近0Hz（基带）的成分，通常叫带通。基带和带通信号也可以被称为带限信号，意味着信号能量被包含在特定的频率范围内。
为了避免混叠，奈奎斯特采样定理给出了最小可能采样频率的定义，基带、带限信号必须以大于信号中最大频率成分两倍的速率（fs>2fmax）进行采样以准确保留所有的频率内容。如果不满足该条件，则所有高于fs/2的频率成分将受到混叠的影响，因此奈奎斯特频率通常被定义为2fmax。
奈奎斯特区
我们可以定义任意数量的奈奎斯特区，但只有在第一奈奎斯特区中采样的信号可以直接表示。任何存在于更高奈奎斯特区的信号成分都会因为混叠而“折叠”到第一奈奎斯特区。假设采样率为200Hz，奈奎斯特区宽度为100Hz，第一奈奎斯特区范围为0到100Hz，第二奈奎斯特区为100Hz到200Hz，依此类推。
信号混叠
用一个理想的ADC以200Hz的速率进行采样，任何低于100Hz的输入信号都会被完美采集，但如果信号频率在100Hz到200Hz之间，这些成分将经历混叠，导致频率成分出现在0到100Hz范围内（换句话说，第二奈奎斯特区的成分会折叠到第一奈奎斯特区）。
混叠项的频率是可预测的，因为在100Hz(fs/2)处存在一个对称点，下图展示了混叠效应。180Hz折叠到20Hz，240Hz折叠到40Hz，310Hz折叠到90Hz等等。
欠采样技术可以用于利用混叠，并故意将带通信号折叠到第一奈奎斯特区。在通信或雷达系统中，这种技术可以用于接收机中，将中频（IF）或射频（RF）调制信号转换为基带（通常称为直接下变频）。
信号下变频的主要优点之一是：后续处理阶段所需的采样率可能大大降低，从而减少功耗和计算负担。该技术依赖于原始信号完全包含在一个奈奎斯特区内，否则结果频谱会因混叠成分的叠加而被破坏（上图的下半部分）。注意，当接收到的信号跨越两个奈奎斯特区时，信号的两个部分都会混叠到第一奈奎斯特区的上部，并相互叠加。
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