Μια λεπτή λιπιδική διπλοστιβάδα διαχωρίζει το εσωτερικό ενός νευρώνα από το εξωκυττάριο υγρό. Επειδή οι συγκεντρώσεις ιόντων διαφέρουν σε όλη αυτή τη μεμβράνη και επειδή η μεμβράνη είναι επιλεκτικά διαπερατή, υπάρχει μια διαφορά τάσης. Αυτή η τάση είναι το δυναμικό της μεμβράνης.

Σε ηρεμία, συνήθως βρίσκεται κοντά στα –70 mV, εντός αρνητικού. Η τιμή καθορίζεται από τις βαθμίδες των ιόντων καλίου, νατρίου και άλλων ιόντων μαζί με τις σχετικές διαπερατότητες που ορίζονται από τα ανοιχτά κανάλια. Οποιαδήποτε αλλαγή στη διαπερατότητα ή στη δραστηριότητα των αντλιών μεταβάλλει το δυναμικό. Η αποπόλωση και η υπερπόλωση είναι απλώς μετατοπίσεις αυτής της τάσης προς τη θετική ή την αρνητική κατεύθυνση.

Όλες οι ηλεκτρικές σηματοδοσίες —συναπτικά δυναμικά, δυναμικά υποδοχέων, δυναμικά δράσης— αποτελούνται από ταχείες, ελεγχόμενες αλλαγές στο δυναμικό της μεμβράνης. Η μέτρησή του με ενδοκυτταρικά ηλεκτρόδια ή η εκτίμησή του με χρωστικές ευαίσθητες στην τάση παραμένει θεμελιώδης για την κυτταρική νευροφυσιολογία.

Ακόμη και μικρές, παρατεταμένες μεταβολές στο δυναμικό ηρεμίας μπορούν να μεταβάλουν δραματικά τη διεγερσιμότητα ενός κυκλώματος.