एक पतली लिपिड द्विपरत न्यूरॉन के आंतरिक भाग को बाह्यकोशिकीय द्रव से अलग करती है। इस झिल्ली के आर-पार आयनों की सांद्रता भिन्न होने और झिल्ली के चयनात्मक रूप से पारगम्य होने के कारण, एक वोल्टेज अंतर मौजूद होता है। इसी वोल्टेज को झिल्ली विभव कहते हैं।

स्थिर अवस्था में यह आमतौर पर -70 mV के आसपास, ऋणात्मक सीमा के भीतर रहता है। इसका मान पोटेशियम, सोडियम और अन्य आयनों के प्रवणता तथा खुले चैनलों द्वारा निर्धारित सापेक्ष पारगम्यता द्वारा निर्धारित होता है। पारगम्यता या पंपों की गतिविधि में कोई भी परिवर्तन विभव को बदल देता है। विध्रुवीकरण और अतिध्रुवीकरण इस वोल्टेज का धनात्मक या ऋणात्मक दिशा में स्थानांतरण मात्र हैं।

सभी विद्युत संकेतन—सिनैप्टिक पोटेंशियल, रिसेप्टर पोटेंशियल, एक्शन पोटेंशियल—मेंब्रेन पोटेंशियल में तीव्र और नियंत्रित परिवर्तन शामिल होते हैं। इंट्रासेल्युलर इलेक्ट्रोड से इसका मापन या वोल्टेज-संवेदनशील रंगों से इसका अनुमान लगाना कोशिकीय तंत्रिका क्रिया विज्ञान का मूलभूत आधार है।

विश्राम विभव में छोटे-छोटे निरंतर परिवर्तन भी परिपथ की उत्तेजनाशीलता को नाटकीय रूप से बदल सकते हैं।