Δυναμικό, ή διαφορά δυναμικού, εμφανίζεται όταν υπάρχει διαφορά στο ηλεκτρικό φορτίο μεταξύ δύο σημείων. Αυτή η διαφορά φορτίου συνήθως οφείλεται σε συγκέντρωση αντίθετα φορτισμένων ιόντων σε κάθε σημείο. Το δυναμικό δράσης εμφανίζεται όταν υπάρχει μια ξαφνική και απότομη αλλαγή στη διαφορά δυναμικού κατά μήκος της μεμβράνης ενός νευρικού κυττάρου που διαδίδεται κατά μήκος του κυττάρου.
Όταν μια νευρική ώθηση δεν μεταδίδεται, το εσωτερικό του νευρικού κυττάρου έχει αρνητικό φορτίο και το εξωτερικό θετικό. Λέγεται ότι βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας, επομένως η διαφορά δυναμικού αυτή τη στιγμή είναι το δυναμικό ηρεμίας. Η διαφορά στα φορτία οφείλεται στις ποσότητες ιόντων που βρίσκονται μέσα και γύρω από το κύτταρο. Στην περίπτωση των νευρικών κυττάρων, η διαφορά δυναμικού οφείλεται στα ιόντα νατρίου και καλίου.
Όλες οι νευρικές ώσεις είναι ιοντικής φύσης. Όταν το νευρικό κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία, υπάρχουν διαφορετικές συγκεντρώσεις ιόντων καλίου και νατρίου και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Αυτή η διαφορά διατηρείται από αντλίες νατρίου-καλίου στη μεμβράνη. Αυτή η αντλία αντλεί ιόντα νατρίου έξω από το κύτταρο και ιόντα καλίου μέσα.
Τα ιόντα καλίου και νατρίου διαχέονται κατά μήκος της μεμβράνης λόγω της διαφοράς στη συγκέντρωση εκατέρωθεν. Τα ιόντα καλίου μπορούν εύκολα να διαχέονται έξω από το κύτταρο, αλλά η μεμβράνη είναι σχετικά αδιαπέραστη από τα ιόντα νατρίου που διαχέονται μέσα. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι ότι το εσωτερικό του νευρικού κυττάρου έχει αρνητικό φορτίο σε σχέση με το εξωτερικό του κυττάρου.
Όταν το νευρικό κύτταρο διεγείρεται και ξεκινά μια ώθηση, η κατάσταση στιγμιαία αντιστρέφεται. Το εσωτερικό του κυττάρου γίνεται θετικό και το εξωτερικό αρνητικό. Αυτή η ξαφνική αντιστροφή του δυναμικού ηρεμίας που συνοδεύει την παρόρμηση είναι το δυναμικό δράσης. Ένα δυναμικό δράσης είναι εξαιρετικά βραχύβιο, επομένως μια ώθηση είναι στην πραγματικότητα ένα κύμα εκπόλωσης, ή δυναμικά δράσης, που περνά κατά μήκος του κυττάρου.
Κατά τη διάρκεια μιας ώθησης, η κυτταρική μεμβράνη γίνεται διαπερατή από ιόντα νατρίου. Τα ιόντα νατρίου έχουν πολύ υψηλή συγκέντρωση έξω από τη μεμβράνη, έτσι διαχέονται γρήγορα στο κύτταρο. Αυτό λαμβάνει χώρα πολύ γρήγορα και αντιστρέφει τη δυνατότητα ανάπαυσης. Με τόσα πολλά θετικά ιόντα που βρίσκονται τώρα μέσα στο κύτταρο, το εσωτερικό έχει θετικό φορτίο σε σχέση με το εξωτερικό.
Τα ιόντα νατρίου μπορούν να εισέλθουν στο κύτταρο μέσω διαύλων ιόντων. Όταν το κύτταρο ηρεμεί, τα κανάλια ιόντων παραμένουν κλειστά και εμποδίζουν τα ιόντα νατρίου να εισέλθουν στο κύτταρο. Όταν διεγείρονται από μια ώθηση, ανοίγουν και επιτρέπουν την εισροή των ιόντων νατρίου. Με αυτόν τον τρόπο, οι δυνατότητες δράσης και οι παρορμήσεις αυτοδιαδίδονται. Το δυναμικό δράσης σε μια περιοχή της μεμβράνης διεγείρει την ακόλουθη περιοχή προκαλώντας το άνοιγμα των διαύλων ιόντων. Αυτό με τη σειρά του ξεκινά ένα δυναμικό δράσης, το οποίο στη συνέχεια διεγείρει την ακόλουθη περιοχή και ούτω καθεξής.
Καθώς τα ιόντα νατρίου εισέρχονται στο κύτταρο, τα ιόντα καλίου φεύγουν. Αυτή είναι η αρχή της διαδικασίας ανάκτησης όπου το εσωτερικό του κυττάρου αρχίζει να ανακτά το αρνητικό του φορτίο. Αφού περάσει το δυναμικό δράσης και μετακινηθεί κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης, τα κανάλια ιόντων κλείνουν και η μεμβράνη γίνεται αδιαπέραστη από τα ιόντα νατρίου. Η αντλία νατρίου-καλίου αντλεί και πάλι τα ιόντα νατρίου και τα ιόντα καλίου μέσα, με αποτέλεσμα να αποκαθίσταται το δυναμικό ηρεμίας.