Každý elektrický signál v nervovém systému závisí na řízeném pohybu iontů přes membrány. Iontové kanály jsou proteinové póry, které tento pohyb umožňují. Některé se otevírají v reakci na změny napětí, jiné na vazbu neurotransmiterů nebo na mechanické roztažení.

Selektivní filtry propouštějí určité ionty – sodík, draslík, vápník, chlorid – a jiné vylučují. Načasování otevírání a zavírání kanálů určuje tvar akčních potenciálů, trvání synaptických proudů a samotný klidový potenciál. Genetické mutace v genech kanálů způsobují širokou škálu neurologických poruch, od epilepsie přes migrénu až po periodickou paralýzu.

Farmakologie využívá iontové kanály po celá desetiletí: lokální anestetika blokují sodíkové kanály, mnoho antiepileptik moduluje sodíkové nebo draslíkové kanály a řada dalších látek cílí na ligandy řízené kanály. Struktury s vysokým rozlišením nyní odhalují, jak tyto proteiny vnímají napětí nebo ligandy a jak se na ně vážou léky.

Jeden neuron vyjadřuje desítky odlišných typů kanálů, které společně utvářejí jeho elektrickou osobnost.