Egy vékony lipid kettősréteg választja el a neuron belsejét az extracelluláris folyadéktól. Mivel az ionkoncentrációk eltérőek ezen a membránon belül, és mivel a membrán szelektíven áteresztő, feszültségkülönbség van. Ez a feszültség a membránpotenciál.

Nyugalmi állapotban jellemzően –70 mV körül van, a negatív tartományon belül. Az értéket a kálium-, nátrium- és más ionok gradiensei, valamint a nyitott csatornák által meghatározott relatív permeabilitás határozza meg. A permeabilitás vagy a pumpák aktivitásának bármilyen változása megváltoztatja a potenciált. A depolarizáció és a hiperpolarizáció egyszerűen ennek a feszültségnek a pozitív vagy negatív irányú eltolódása.

Minden elektromos jelátvitel – szinaptikus potenciálok, receptorpotenciálok, akciós potenciálok – a membránpotenciál gyors, szabályozott változásaiból áll. A potenciál mérése intracelluláris elektródákkal vagy feszültségérzékeny festékekkel történő becslése továbbra is alapvető fontosságú a sejtek neurofiziológiája szempontjából.

Még a nyugalmi potenciál kismértékű, tartós eltolódásai is drámaian megváltoztathatják egy áramkör ingerelhetőségét.