تعتمد كل إشارة كهربائية في الجهاز العصبي على حركة الأيونات المنظمة عبر الأغشية. قنوات الأيونات هي المسام البروتينية التي تسمح بهذه الحركة. بعضها يُفتح استجابةً لتغيرات الجهد، والبعض الآخر لارتباط النواقل العصبية أو للتمدد الميكانيكي.

تسمح مرشحات الانتقائية بمرور أيونات معينة - كالصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والكلوريد - بينما تمنع مرور أيونات أخرى. ويحدد توقيت فتح وإغلاق القنوات شكل جهد الفعل، ومدة التيارات المشبكية، وجهد الراحة نفسه. وتؤدي الطفرات الجينية في جينات القنوات إلى مجموعة واسعة من الاضطرابات العصبية، من الصرع إلى الشقيقة إلى الشلل الدوري.

استغل علم الأدوية قنوات الأيونات لعقود: فالمخدرات الموضعية تحجب قنوات الصوديوم، والعديد من الأدوية المضادة للاختلاج تعدل قنوات الصوديوم أو البوتاسيوم، والعديد من العوامل الأخرى تستهدف القنوات المرتبطة بالليجاندات. تكشف البنى عالية الدقة الآن كيف تستشعر هذه البروتينات الجهد أو الليجاندات وكيف ترتبط بها الأدوية.

يعبر عصبون واحد عن عشرات الأنواع المتميزة من القنوات التي تشكل مجتمعة شخصيته الكهربائية.