Κάθε ηλεκτρικό σήμα στο νευρικό σύστημα εξαρτάται από την ελεγχόμενη κίνηση ιόντων διαμέσου των μεμβρανών. Τα ιοντικά κανάλια είναι οι πόροι πρωτεΐνης που επιτρέπουν αυτή την κίνηση. Κάποια ανοίγουν ως απόκριση σε αλλαγές τάσης, άλλα στη σύνδεση νευροδιαβιβαστών ή σε μηχανική έκταση.

Τα φίλτρα επιλεκτικότητας επιτρέπουν σε ορισμένα ιόντα—νάτριο, κάλιο, ασβέστιο, χλωρίδιο—να περάσουν, ενώ αποκλείουν άλλα. Ο χρόνος ανοίγματος και κλεισίματος του καναλιού καθορίζει το σχήμα των δυναμικών δράσης, τη διάρκεια των συναπτικών ρευμάτων και το ίδιο το δυναμικό ηρεμίας. Οι γενετικές μεταλλάξεις στα γονίδια του καναλιού προκαλούν ένα ευρύ φάσμα νευρολογικών διαταραχών, από επιληψία έως ημικρανία και περιοδική παράλυση.

Η φαρμακολογία έχει αξιοποιήσει τα ιοντικά κανάλια εδώ και δεκαετίες: τα τοπικά αναισθητικά μπλοκάρουν τα κανάλια νατρίου, πολλά αντισπασμωδικά φάρμακα ρυθμίζουν τα κανάλια νατρίου ή καλίου και πολυάριθμοι άλλοι παράγοντες στοχεύουν τα κανάλια που ελέγχονται από υποκαταστάτες. Οι δομές υψηλής ανάλυσης αποκαλύπτουν πλέον πώς αυτές οι πρωτεΐνες αντιλαμβάνονται την τάση ή τους υποκαταστάτες και πώς τα φάρμακα συνδέονται με αυτά.

Ένας μεμονωμένος νευρώνας εκφράζει δεκάδες διαφορετικούς τύπους καναλιών που μαζί σμιλεύουν την ηλεκτρική του προσωπικότητα.