Un potențial de acțiune este modificarea sarcinii relative de-a lungul membranei unor celule găsite în animale și plante. Celulele care suferă potențiale de acțiune sunt numite celule excitabile și includ celulele nervoase, celulele musculare și celulele sistemului endocrin – sau sistemul producator de hormoni. Generarea potențialului de acțiune este procesul care provoacă schimbarea sarcinii de-a lungul membranei.
Există patru etape de bază care sunt implicate în generarea potențialului de acțiune. Când nu are loc un potențial de acțiune, se spune că celula este în faza de repaus. În cadrul unei celule nervoase, sarcina relativă din interiorul celulei este de aproximativ -70 miliVolți (mV) în acest stadiu. Potențialul de repaus al celulei este menținut de ionii încărcați găsiți în interiorul și în jurul celulei. Pentru celulele nervoase, ionii de potasiu încărcați pozitiv se găsesc în membrana celulară, în timp ce ionii de sodiu încărcați pozitiv și ionii de clorură încărcați negativ se găsesc în afara celulei.
Nivelurile ionilor găsiți în interiorul și în afara celulei sunt controlate de porți ionice și pompe. În timpul etapei potențiale de repaus pentru celulele nervoase, ionii de potasiu sunt pompați în celulă și ionii de sodiu sunt pompați afară. Concentrația acestor ioni unul față de celălalt este ceea ce provoacă încărcarea peste membrană. În acest moment, se spune că celula este polarizată.
Pentru ca un potențial de acțiune să fie declanșat, sarcina din interiorul celulei trebuie să fie inversată. Atunci când un stimul este aplicat celulei, acesta poate provoca o depolarizare. Generarea potențialului de acțiune are nevoie de un stimul care atinge sau depășește un anumit nivel de prag. Dacă pragul nu este atins, potențialul de acțiune nu va fi generat. Mărimea potențialului de acțiune este aceeași indiferent dacă pragul este atins sau depășit, așa că generarea potențialului de acțiune este numită „eveniment totul sau nimic”.
În timpul depolarizării, canalele ionice se deschid astfel încât ionii de sodiu pătrund în celulă. Acest lucru face ca celulele să sufere o încărcare inversă. Pentru celulele nervoase, pragul pentru generarea potențialului de acțiune este o sarcină de +40 mV. Acest lucru are loc în mai puțin de două milisecunde, sau două o miimi de secundă. De îndată ce potențialul de acțiune a fost generat, începe repolarizarea acelei zone a membranei celulare.
Odată ce un potențial de acțiune a fost declanșat în cadrul unuia dintre aceste tipuri de celule, se spune că se autopropaga. Aceasta înseamnă că potențialul de acțiune dintr-o zonă a membranei stimulează celulele să înceapă procesul de generare a potențialului de acțiune în secțiunea adiacentă a membranei. Ca rezultat, potențialul de acțiune se mișcă pe lungimea celulei.