Potencjał spoczynkowy to różnica napięcia na błonie komórkowej i jest czasami określany jako napięcie spoczynkowe. Niektóre typy komórek, takie jak neurony i komórki mięśniowe, wykorzystują potencjał spoczynkowy do wprowadzania zmian w komórce i ciele. Potencjały czynnościowe, skurcze mięśni oraz ustalanie lub zmiana procesów równowagi w komórce obejmują potencjał spoczynkowy błony.
W cytozolu lub wnętrzu komórki, a także w różnych przedziałach komórkowych i organellach występują różne stężenia jonów. Ponieważ jony są naładowane dodatnio lub ujemnie, tworzą różnicę ładunków między tymi różnymi przedziałami, tworząc różnicę w potencjale elektrycznym. Często komórki będą chciały utrzymać tę różnicę przez błonę za pomocą pomp i kanałów jonów białkowych. Gdy różnica potencjałów elektrycznych jest utrzymywana, nazywa się to potencjałem spoczynkowym.
Jony, które są najbardziej zaangażowane w tworzenie i utrzymywanie napięcia spoczynkowego membrany, to jony sodu (Na) i potasu (K). Ogólnie rzecz biorąc, stężenie K+ jest większe wewnątrz komórki niż na zewnątrz, podczas gdy stężenie Na+ jest większe na zewnątrz komórki niż wewnątrz. Ta różnica jest utrzymywana przez pompę białka błonowego zwaną Na+/K+-ATPaza, która wykorzystuje adenozynotrójfosforan (ATP) do wytwarzania energii w celu utrzymania względnych stężeń. Pompa włącza do ogniwa trzy jony Na+ na każde dwa eksportowane jony K+, nadając wnętrzu ogniwa bardziej ujemny ładunek. Ten potencjał spoczynkowy jest szczególnie ważny dla neuronów, które wykorzystują różnicę napięć do wystrzeliwania potencjałów czynnościowych.
W neuronach i innych komórkach układu nerwowego, potencjał czynnościowy jest generowany, gdy potencjał spoczynkowy jest zaburzony. Potencjał czynnościowy zaczyna się od napływu jonów Na+ do komórki przez określone kanały jonowe, co powoduje depolaryzację potencjału błonowego po osiągnięciu pewnego progu. Tutaj generowany jest potencjał czynnościowy, a sygnał elektryczny jest przekazywany przez neuron. Po skoku w Na+ otwiera się więcej kanałów jonowych bramkowanych napięciem, uwalniając K+ z komórki, krok w potencjale czynnościowym jest znany jako hiperpolaryzacja, w której potencjał błonowy spada poniżej normalnego napięcia spoczynkowego. Komórka następnie przywraca swój potencjał spoczynkowy przy użyciu Na+/K+-ATPazy w procesie repolaryzacji.
Jony wapnia (Ca) są również ważne w utrzymaniu spoczynkowego potencjału błony w komórkach mięśniowych. Jony Ca2+ są przechowywane w organelli zwanej siateczką sarkoplazmatyczną, która zawiera pompy białkowe utrzymujące wysokie stężenia Ca2+ wewnątrz przedziału. Kiedy komórka mięśniowa ma się kurczyć, sygnał elektryczny uruchamia siateczkę sarkoplazmatyczną, wykorzystując potencjał spoczynkowy. Przedział jest wtedy w stanie się otworzyć, uwalniając jony Ca2+ do komórki, które wiążą się z włóknami, które umożliwiają skurcz mięśni.