Κάθε νευρώνας καταναλώνει συνεχώς ενέργεια για να διατηρήσει τις ιοντικές διαβαθμίσεις που καθιστούν δυνατή την ηλεκτρική σηματοδότηση. Το ένζυμο που είναι υπεύθυνο είναι η αντλία νατρίου-καλίου, ή Na+/K+-ATPάση, η οποία μετακινεί τρία ιόντα νατρίου έξω από το κύτταρο και δύο ιόντα καλίου μέσα για κάθε μόριο υδρολυμένου ATP.

Οι προκύπτουσες βαθμίδες τροφοδοτούν το δυναμικό ηρεμίας, την εισροή νατρίου κατά τη διάρκεια των δυναμικών δράσης και πολλούς δευτερογενείς μεταφορείς που μετακινούν νευροδιαβιβαστές και άλλες διαλυμένες ουσίες. Επειδή η αντλία είναι ηλεκτρογενής - καθαρή εξαγωγή ενός θετικού φορτίου ανά κύκλο - συμβάλλει επίσης σε μέτριο και άμεσο βαθμό στο δυναμικό της μεμβράνης. Η δραστηριότητά της ρυθμίζεται από τα ενδοκυτταρικά επίπεδα νατρίου, τη φωσφορυλίωση και τις σηματοδοτικές οδούς.

Η αναστολή της αντλίας με καρδιακές γλυκοσίδες ή με εξάντληση ενέργειας καταρρέει τις κλίσεις, αποπολώνει τη μεμβράνη και τελικά εμποδίζει την περαιτέρω σηματοδότηση. Το υψηλό μεταβολικό κόστος της αντλίας είναι ένας σημαντικός λόγος για τον οποίο ο εγκέφαλος είναι τόσο ευαίσθητος στις διακοπές της ροής του αίματος ή της παροχής οξυγόνου. Η κατανόηση της λειτουργίας της αντλίας είναι επομένως κεντρικής σημασίας τόσο για την κυτταρική νευροφυσιολογία όσο και για την παθοφυσιολογία των μεταβολικών προσβολών.

Περίπου το ήμισυ της κατανάλωσης ATP του εγκεφάλου μπορεί να αποδοθεί στη δραστηριότητα αυτού του μοναδικού ενζύμου.