Každý neuron neustále vynakládá energii na udržení iontových gradientů, které umožňují elektrickou signalizaci. Za to je zodpovědný enzym sodno-draselná pumpa neboli Na+/K+-ATPáza, která na každou molekulu hydrolyzovaného ATP přenáší tři sodné ionty z buňky a dva draselné ionty do buňky.

Výsledné gradienty pohánějí klidový potenciál, přítok sodíku během akčních potenciálů a mnoho sekundárních transportérů, které pohybují neurotransmitery a dalšími rozpuštěnými látkami. Protože je pumpa elektrogenní – čistý export jednoho kladného náboje na cyklus – přispívá také mírně a přímo k membránovému potenciálu. Její aktivita je regulována intracelulárními hladinami sodíku, fosforylací a signálními drahami.

Inhibice pumpy srdečními glykosidy nebo vyčerpáním energie vede ke kolapsu gradientů, depolarizuje membránu a v konečném důsledku brání další signalizaci. Vysoké metabolické náklady pumpy jsou hlavním důvodem, proč je mozek tak citlivý na přerušení průtoku krve nebo dodávky kyslíku. Pochopení funkce pumpy je proto klíčové jak pro buněčnou neurofyziologii, tak pro patofyziologii metabolických poruch.

Zhruba polovina spotřeby ATP v mozku může být připsána aktivitě tohoto jediného enzymu.