تستهلك كل خلية عصبية الطاقة باستمرار للحفاظ على تدرجات الأيونات التي تُمكّن الإشارات الكهربائية. والإنزيم المسؤول عن ذلك هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، أو Na+/K+-ATPase، التي تنقل ثلاثة أيونات صوديوم خارج الخلية وأيونين من البوتاسيوم إلى داخلها لكل جزيء ATP مُحلل.

تُغذي التدرجات الناتجة جهد الراحة، وتدفق الصوديوم أثناء جهد الفعل، والعديد من النواقل الثانوية التي تنقل النواقل العصبية والمواد المذابة الأخرى. ولأن المضخة مولدة للكهرباء - أي أنها تُصدّر شحنة موجبة واحدة في كل دورة - فإنها تُساهم أيضًا بشكل مباشر وبسيط في جهد الغشاء. ويتم تنظيم نشاطها بواسطة مستويات الصوديوم داخل الخلايا، والفسفرة، ومسارات الإشارات الخلوية.

يؤدي تثبيط المضخة باستخدام جليكوسيدات القلب أو عن طريق استنفاد الطاقة إلى انهيار التدرجات، وإزالة استقطاب الغشاء، ومنع المزيد من الإشارات في نهاية المطاف. يُعدّ ارتفاع التكلفة الأيضية للمضخة سببًا رئيسيًا لحساسية الدماغ الشديدة لانقطاعات تدفق الدم أو إمداد الأكسجين. لذا، يُعدّ فهم وظيفة المضخة أمرًا محوريًا لكلٍّ من الفيزيولوجيا العصبية الخلوية والفيزيولوجيا المرضية للاضطرابات الأيضية.

يمكن أن يُعزى ما يقرب من نصف استهلاك الدماغ من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) إلى نشاط هذا الإنزيم الواحد.