Når en neuron ikke signalerer aktivt, opretholder dens membran stadig en stabil spændingsforskel, typisk omkring -70 mV, hvor det indre er negativt i forhold til det ydre. Dette hvilepotentiale er den basislinje, hvorfra al elektrisk signalering udgår.

Det stammer fra den ulige fordeling af ioner - højt kaliumindhold indeni, højt natriumindhold udenfor - og fra membranens større permeabilitet for kalium i hvile. Natrium-kaliumpumpen bruger kontinuerligt energi på at opretholde gradienterne mod lækage. Fordi hvilepotentialet er tæt på kaliumligevægtspotentialet, påvirker små ændringer i kaliumkonduktansen det stærkt.

Hvilepotentialet bestemmer den drivende kraft på ioner og afstanden til tærsklen. Faktorer, der ændrer det - ændringer i ekstracellulært kalium, pumpeaktivitet eller baggrundskonduktans - kan øge eller mindske excitabiliteten og er impliceret i tilstande lige fra hyperkalæmisk periodisk lammelse til spredende depression. Måling af hvilepotentialet er et grundlæggende trin i enhver intracellulær undersøgelse af neuronal funktion.

Selv i "hvile" er membranen en dynamisk ligevægt, der opretholdes af kontinuerlig ionflux og aktiv transport.