Celulele nervoase din sistemul nervos trimit semnale numite potențiale de acțiune, în timpul cărora soma, sau corpul celular al neuronului, trimite un semnal electric în josul axonului. Când nu semnalizează, un neuron este hiperpolarizat, ceea ce înseamnă că are o sarcină negativă în comparație cu exteriorul. Atunci când un semnal de potențial de acțiune traversează axonul, determină depolarizarea celulei sau să devină mai încărcată pozitiv. După ce semnalul se termină, celula trece prin repolarizare, unde revine la polarizarea negativă inițială.
Un neuron este alcătuit dintr-un soma sau corp celular, din care dendritele ies ca ramurile unui copac. La un capăt al neuronului, există un cablu lung numit axon, care se termină în butoanele sinaptice. Semnalele excitatorii și inhibitorii călătoresc de la alți neuroni la dendrite și corpul celular, iar aceste semnale sunt însumate la dealul axonului, care se odihnește chiar înainte de începutul axonului. Aceste semnale pot hiperpolariza sau depolariza celula. Repolarizarea readuce celula la starea de repaus.
Hiperpolarizarea, depolarizarea și repolarizarea unui neuron sunt toate cauzate de fluxul de ioni, sau de molecule încărcate, în interiorul și în afara celulei. Când o celulă este în repaus, aceste canale ionice rămân închise, totuși, când potențialul membranei atinge un anumit punct, numit potențial prag, se deschid. Corpul celular primește mesaje de la alte celule care fie depolariză, fie hiperpolariză celula, iar dacă sunt primite suficiente mesaje, celula va atinge potențialul de prag.
Când potențialul de prag este atins, canalele de potasiu și sodiu se deschid, permițând ionilor de potasiu și sodiu încărcați pozitiv să intre în celulă. În același timp, canalele de clorură permit ionilor de clorură încărcați negativ să părăsească celula. Acest lucru provoacă depolarizare, unde celula este mai puțin încărcată negativ decât atunci când este în repaus.
După ce potențialul de acțiune depolarizează celula, aceasta începe procesul de repolarizare. Canalele de sodiu și potasiu se închid, blocând ionii încărcați pozitiv să intre în celulă. În același timp, ionii de clorură încărcați negativ revin în celulă.
Prima parte a repolarizării se numește perioada refractară și există două etape ale acestei faze, perioada refractară absolută și perioada refractară relativă. În perioada refractară absolută, celula refuză să genereze un alt potențial de acțiune. În timpul perioadei refractare relative, este posibil ca celula să genereze un alt potențial de acțiune, totuși este nevoie de un semnal mai mare decât de obicei. Această perioadă refractară de repolarizare are loc deoarece are loc o hiperpolarizare a celulei datorită afluxului de ioni de potasiu după ce a trecut un potențial de acțiune.