Minden neuron folyamatosan energiát fordít az elektromos jelátvitelt lehetővé tevő iongradiensek fenntartására. A felelős enzim a nátrium-kálium pumpa, vagy Na+/K+-ATPáz, amely minden hidrolizált ATP molekula után három nátriumiont mozgat ki a sejtből, és két káliumiont be.

Az így létrejövő gradiensek működtetik a nyugalmi potenciált, a nátrium beáramlását az akciós potenciálok során, valamint számos másodlagos transzportert, amelyek neurotranszmittereket és más oldott anyagokat mozgatnak. Mivel a pumpa elektrogén – ciklusonként egy pozitív töltés nettó exportja –, mérsékelten és közvetlenül hozzájárul a membránpotenciálhoz is. Aktivitását az intracelluláris nátriumszint, a foszforiláció és a jelátviteli útvonalak szabályozzák.

A pumpa szívglikozidokkal vagy energiacsökkentéssel történő gátlása összeomlik a gradiensek között, depolarizálja a membránt, és végső soron megakadályozza a további jelátvitelt. A pumpa magas metabolikus költsége az egyik fő oka annak, hogy az agy annyira érzékeny a véráramlás vagy az oxigénellátás megszakadására. A pumpa működésének megértése ezért központi szerepet játszik mind a sejtek neurofiziológiájában, mind az anyagcsere-károsodások patofiziológiájában.

Az agy ATP-fogyasztásának nagyjából a fele ennek az egyetlen enzimnek az aktivitásának tulajdonítható.