Hver neuron bruger kontinuerligt energi for at opretholde de iongradienter, der muliggør elektrisk signalering. Det ansvarlige enzym er natrium-kaliumpumpen, eller Na+/K+-ATPase, som flytter tre natriumioner ud af cellen og to kaliumioner ind for hvert hydrolyseret ATP-molekyle.

De resulterende gradienter driver hvilepotentialet, tilstrømningen af ​​natrium under aktionspotentialer og mange sekundære transportører, der flytter neurotransmittere og andre opløste stoffer. Fordi pumpen er elektrogen - nettoeksport af én positiv ladning pr. cyklus - bidrager den også beskedent og direkte til membranpotentialet. Dens aktivitet reguleres af intracellulære natriumniveauer, fosforylering og signalveje.

Hæmning af pumpen med hjerteglykosider eller ved energiudtømning kollapser gradienterne, depolariserer membranen og forhindrer i sidste ende yderligere signalering. Pumpens høje metaboliske omkostninger er en væsentlig årsag til, at hjernen er så følsom over for afbrydelser i blodgennemstrømning eller iltforsyning. Forståelse af pumpefunktionen er derfor central for både cellulær neurofysiologi og patofysiologien af ​​metaboliske skader.

Omtrent halvdelen af ​​hjernens ATP-forbrug kan tilskrives aktiviteten af ​​dette ene enzym.