Potențialul de repaus este diferența de tensiune pe membrana celulară și uneori este denumită tensiune de repaus. Anumite tipuri de celule, cum ar fi neuronii și celulele musculare, folosesc potențialul de repaus pentru a produce schimbări în interiorul celulei și al corpului. Potențialele de acțiune, contracția musculară și procesele de stabilire sau modificare a echilibrului în celulă implică toate potențialul de repaus al membranei.
Există concentrații variate de ioni în citosol sau interiorul celulei, precum și în interiorul diferitelor compartimente celulare și organele. Deoarece ionii sunt încărcați fie pozitiv, fie negativ, ei creează o diferență de sarcină între aceste compartimente diferite, formând o diferență de potențial electric. Adesea, celulele vor dori să mențină această diferență pe o membrană folosind pompe și canale de ioni proteici. Când se menține o diferență de potențial electric, se numește potențial de repaus.
Ionii care sunt cei mai implicați în crearea și menținerea unei tensiuni de repaus pentru o membrană sunt ionii de sodiu (Na) și potasiu (K). În general, concentrația de K+ este mai mare în interiorul celulei decât în exterior, în timp ce concentrația de Na+ este mai mare în exteriorul celulei decât în interior. Această diferență este menținută de o pompă proteică membranară numită Na+/K+-ATPaza, care folosește adenozin trifosfat (ATP) pentru energie pentru a menține concentrațiile relative. Pompa încorporează trei ioni Na+ în celulă pentru fiecare doi ioni K+ pe care îi exportă, dând interiorului celulei o sarcină mai negativă. Acest potențial de repaus este important în special pentru neuroni, care folosesc diferența de tensiune pentru a declanșa potențialele de acțiune.
În neuroni și alte celule din sistemul nervos, un potențial de acțiune este generat atunci când potențialul de repaus este perturbat. Potențialul de acțiune începe cu un aflux de ioni Na+ în celulă prin anumite canale ionice, ceea ce creează o depolarizare a potențialului de membrană odată ce a fost atins un anumit prag. Aici se generează potențialul de acțiune și semnalul electric este transmis prin neuron. În urma creșterii Na+, se deschid mai multe canale ionice dependente de tensiune, eliberând K+ din celulă, un pas în potențialul de acțiune este cunoscut sub numele de hiperpolarizare, în care potențialul membranei scade sub tensiunea normală de repaus. Celula își restabilește apoi potențialul de repaus folosind Na+/K+-ATPaza în procesul de repolarizare.
Ionii de calciu (Ca) sunt de asemenea importanți în menținerea potențialului membranei de repaus în celulele musculare. Ionii de Ca2+ sunt stocați într-un organel numit reticul sarcoplasmatic, care conține pompe proteice pentru a menține concentrații mari de Ca2+ în interiorul compartimentului. Când unei celule musculare i se spune să se contracte, un semnal electric declanșează reticulul sarcoplasmatic folosind potențialul de repaus. Compartimentul este apoi capabil să se deschidă, eliberând ioni de Ca2+ în celulă, care se leagă de fibrele care permit mușchiului să se contracte.