Το δυναμικό ηρεμίας είναι η διαφορά στην τάση σε μια κυτταρική μεμβράνη και μερικές φορές αναφέρεται ως τάση ηρεμίας. Ορισμένοι τύποι κυττάρων, όπως οι νευρώνες και τα μυϊκά κύτταρα, χρησιμοποιούν το δυναμικό ηρεμίας για να επιφέρουν αλλαγές εντός του κυττάρου και του σώματος. Τα δυναμικά δράσης, η μυϊκή σύσπαση και η δημιουργία ή αλλαγή διαδικασιών ισορροπίας στο κύτταρο περιλαμβάνουν όλα το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης.
Υπάρχουν ποικίλες συγκεντρώσεις ιόντων στο κυτταρόπλασμα, ή στο εσωτερικό του κυττάρου, καθώς και μέσα σε διαφορετικά κυτταρικά διαμερίσματα και οργανίδια. Δεδομένου ότι τα ιόντα είναι είτε θετικά είτε αρνητικά φορτισμένα, δημιουργούν μια διαφορά φορτίου μεταξύ αυτών των διαφορετικών διαμερισμάτων, σχηματίζοντας μια διαφορά στο ηλεκτρικό δυναμικό. Συχνά, τα κύτταρα θέλουν να διατηρήσουν αυτή τη διαφορά σε μια μεμβράνη χρησιμοποιώντας αντλίες και κανάλια ιόντων πρωτεΐνης. Όταν διατηρείται μια διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού, ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας.
Τα ιόντα που συμμετέχουν περισσότερο στη δημιουργία και τη διατήρηση μιας τάσης ηρεμίας για μια μεμβράνη είναι τα ιόντα νατρίου (Na) και καλίου (K). Γενικά, η συγκέντρωση του Κ+ είναι μεγαλύτερη μέσα στο κύτταρο παρά έξω, ενώ η συγκέντρωση του Na+ είναι μεγαλύτερη έξω από το κύτταρο παρά μέσα. Αυτή η διαφορά διατηρείται από μια αντλία πρωτεΐνης μεμβράνης που ονομάζεται Na+/K+-ATPase, η οποία χρησιμοποιεί τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) για ενέργεια για τη διατήρηση των σχετικών συγκεντρώσεων. Η αντλία ενσωματώνει τρία ιόντα Na+ στο κύτταρο για κάθε δύο ιόντα K+ που εξάγει, δίνοντας στο εσωτερικό του κυττάρου ένα πιο αρνητικό φορτίο. Αυτό το δυναμικό ηρεμίας είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τους νευρώνες, οι οποίοι χρησιμοποιούν τη διαφορά τάσης για να πυροδοτήσουν δυναμικά δράσης.
Στους νευρώνες και σε άλλα κύτταρα του νευρικού συστήματος, δημιουργείται ένα δυναμικό δράσης όταν διαταράσσεται το δυναμικό ηρεμίας. Το δυναμικό δράσης ξεκινά με μια εισροή ιόντων Na+ στο κύτταρο μέσω ορισμένων καναλιών ιόντων, η οποία δημιουργεί μια αποπόλωση του δυναμικού της μεμβράνης μόλις επιτευχθεί ένα συγκεκριμένο όριο. Εδώ, δημιουργείται το δυναμικό δράσης και το ηλεκτρικό σήμα μεταδίδεται μέσω του νευρώνα. Μετά την ακίδα στο Na+, ανοίγουν περισσότερα κανάλια ιόντων με πύλη τάσης, απελευθερώνοντας K+ από το στοιχείο, ένα βήμα στο δυναμικό δράσης είναι γνωστό ως υπερπόλωση, όπου το δυναμικό της μεμβράνης πέφτει κάτω από την κανονική τάση ηρεμίας. Στη συνέχεια, το κύτταρο αποκαθιστά το δυναμικό ηρεμίας χρησιμοποιώντας την Na+/K+-ATPase στη διαδικασία της επαναπόλωσης.
Τα ιόντα ασβεστίου (Ca) είναι επίσης σημαντικά για τη διατήρηση του δυναμικού ηρεμίας της μεμβράνης στα μυϊκά κύτταρα. Τα ιόντα Ca2+ αποθηκεύονται σε ένα οργανίδιο που ονομάζεται σαρκοπλασματικό δίκτυο, το οποίο περιέχει αντλίες πρωτεΐνης για τη διατήρηση υψηλών συγκεντρώσεων Ca2+ μέσα στο διαμέρισμα. Όταν ένα μυϊκό κύτταρο λέγεται να συστέλλεται, ένα ηλεκτρικό σήμα ενεργοποιεί το σαρκοπλασματικό δίκτυο χρησιμοποιώντας το δυναμικό ηρεμίας. Το διαμέρισμα μπορεί στη συνέχεια να ανοίξει, απελευθερώνοντας ιόντα Ca2+ στο κύτταρο, τα οποία συνδέονται με τις ίνες που επιτρέπουν στον μυ να συστέλλεται.