Cada neurona consume energía continuamente para mantener los gradientes iónicos que posibilitan la señalización eléctrica. La enzima responsable es la bomba de sodio-potasio, o Na+/K+-ATPasa, que transporta tres iones de sodio fuera de la célula y dos iones de potasio hacia el interior por cada molécula de ATP hidrolizada.

Los gradientes resultantes impulsan el potencial de reposo, la entrada de sodio durante los potenciales de acción y numerosos transportadores secundarios que mueven neurotransmisores y otros solutos. Dado que la bomba es electrogénica (exporta una carga positiva neta por ciclo), también contribuye de forma modesta y directa al potencial de membrana. Su actividad está regulada por los niveles intracelulares de sodio, la fosforilación y las vías de señalización.

La inhibición de la bomba mediante glucósidos cardíacos o por agotamiento energético provoca el colapso de los gradientes, la despolarización de la membrana y, en última instancia, la interrupción de la señalización. El elevado coste metabólico de la bomba es una de las principales razones por las que el cerebro es tan sensible a las interrupciones del flujo sanguíneo o del suministro de oxígeno. Por lo tanto, comprender la función de la bomba es fundamental tanto para la neurofisiología celular como para la fisiopatología de las alteraciones metabólicas.

Aproximadamente la mitad del consumo de ATP del cerebro puede atribuirse a la actividad de esta única enzima.