神經元和其他細胞一樣,外面都有一層細胞膜,這些細胞膜上面含有一些通道,可以讓一些稱為離子的帶電物質通過,如帶正電的鉀離子(K+)和鈉離子(Na+)。神經元處於休息狀態時,細胞膜內會帶負電,其電位值約保持在-70mV左右,稱為靜態電位。然而,當神經元接受到刺激後,便會引發細胞膜上的鈉離子通道開啟,使細胞膜外的鈉離子流入細胞膜內,造成細胞膜內
的電位上升,此過程稱為去極化。若神經元所受的刺激很大,流入的鈉離子會令細胞膜內的電位超過一個閥值(如-55mV),這時便會引起一連串的鈉離子通道全部打開,讓更多納離子進入細胞膜,使其內的電位急速跳升,導致鉀離子從細胞膜內流出,最後讓電位下降,回復至靜態電位。細胞膜內電位的這種急升再下降的波動,就稱為「動作電位」。