Τα νευρικά κύτταρα έχουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο στις πλασματικές μεμβράνες τους, γνωστό ως δυναμικό ηρεμίας. Η πλασματική μεμβράνη είναι ένα λεπτό οριακό στρώμα που περικλείει το νευρικό κύτταρο και το δυναμικό ηρεμίας υπάρχει επειδή το εσωτερικό του κυττάρου είναι αρνητικά φορτισμένο σε σύγκριση με το εξωτερικό. Όταν ένας νευροδιαβιβαστής, μια χημική ουσία που μεταφέρει σήματα μεταξύ των νευρικών κυττάρων, φτάνει στη μεμβράνη ή η μεμβράνη διαταράσσεται μηχανικά, το φορτίο σε όλη τη μεμβράνη αλλάζει και γίνεται πιο θετικό. Αυτή η αλλαγή είναι γνωστή ως εκπόλωση και, εάν φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, προκύπτει αυτό που ονομάζεται δυναμικό δράσης, όπου μια ηλεκτρική ώθηση μεταδίδεται κατά μήκος του νεύρου. Μετά από ένα δυναμικό δράσης, η μεμβράνη επαναπολώνεται, φορτίζεται ξανά αρνητικά και αποκαθιστά το δυναμικό ηρεμίας.
Το δυναμικό ηρεμίας των μεμβρανών των νευρικών κυττάρων δημιουργείται από άνισες συγκεντρώσεις θετικά φορτισμένων ιόντων νατρίου και ιόντων καλίου σε κάθε πλευρά της μεμβράνης. Υπάρχει περισσότερο κάλιο μέσα στο κύτταρο και περισσότερο νάτριο έξω από το κύτταρο. Ο λόγος για αυτό είναι μια αντλία νατρίου-καλίου που βρίσκεται στην κυτταρική μεμβράνη, η οποία μετακινεί ενεργά το νάτριο έξω από το κύτταρο και το κάλιο στο κύτταρο.
Υπάρχουν κανάλια στη μεμβράνη μέσω των οποίων τα ιόντα νατρίου και καλίου μπορούν να ταξιδέψουν, αλλά όταν η μεμβράνη είναι σε ηρεμία τα κανάλια νατρίου είναι κλειστά και μόνο μερικά από τα κανάλια καλίου είναι ανοιχτά. Τα ιόντα νατρίου αναγκάζονται να παραμείνουν έξω από το κύτταρο, ενώ μερικά ιόντα καλίου διαφεύγουν από το κύτταρο για να τα ενώσουν μέσω των ανοιχτών καναλιών. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι ότι περισσότερα θετικά φορτισμένα ιόντα καταλήγουν έξω από το κύτταρο παρά μέσα, και αυτό δημιουργεί το αρνητικό φορτίο σε όλη τη μεμβράνη, γνωστό ως δυναμικό ηρεμίας, το οποίο είναι απαραίτητο εάν πρόκειται να συμβεί εκπόλωση νευρώνων.
Για να πραγματοποιηθεί ένα δυναμικό δράσης, πρώτα το νευρικό κύτταρο πρέπει να διεγερθεί με τέντωμα ή με την άφιξη ενός νευροδιαβιβαστή. Στη συνέχεια, εμφανίζεται ένα φαινόμενο αποπόλωσης επειδή οι δίαυλοι νατρίου ανοίγουν και επιτρέπουν στο νάτριο να εισέλθει στο κύτταρο, αυξάνοντας τον αριθμό των θετικά φορτισμένων ιόντων μέσα και καθιστώντας το ηλεκτρικό δυναμικό σε όλη τη μεμβράνη πιο θετικό. Μόλις η εκπόλωση φτάσει σε ένα επίπεδο κατωφλίου, πολλά κανάλια νατρίου ανοίγουν ταυτόχρονα και εμφανίζεται ένα δυναμικό δράσης, όπου λαμβάνει χώρα ξαφνικά πλήρης εκπόλωση της μεμβράνης, ενώ η εκπόλωση περνά επίσης κατά μήκος του νευρικού κυττάρου σε ένα κύμα.
Μετά την εκπόλωση, η επαναπόλωση λαμβάνει χώρα μετά από ένα σύντομο διάστημα που είναι γνωστό ως η ανθεκτική περίοδος. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οποιοδήποτε περαιτέρω ερέθισμα εφαρμόζεται στο κύτταρο δεν έχει κανένα αποτέλεσμα. Η ανθεκτική περίοδος διαρκεί μόνο για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, επιτρέποντας σε ένα νεύρο να πυροδοτήσει πολλές φορές σε διάστημα ενός δευτερολέπτου. Η επαναπόλωση περιλαμβάνει τα ιόντα καλίου που απομακρύνονται πρώτα από το κύτταρο, πριν αντληθεί ενεργά το νάτριο. Μόλις το δυναμικό της μεμβράνης φτάσει στο απαραίτητο αρνητικό φορτίο, επιτυγχάνεται το δυναμικό ηρεμίας και το νεύρο είναι έτοιμο να πυροδοτήσει ξανά.