神経系におけるあらゆる電気信号は、膜を介したイオンの制御された移動に依存している。イオンチャネルは、このイオンの移動を可能にするタンパク質の孔である。電圧変化に応じて開くものもあれば、神経伝達物質の結合や機械的な伸展に応じて開くものもある。

選択性フィルターは、ナトリウム、カリウム、カルシウム、塩化物などの特定のイオンを通過させ、他のイオンを排除します。チャネルの開閉のタイミングは、活動電位の形状、シナプス電流の持続時間、および静止電位自体を決定します。チャネル遺伝子の遺伝子変異は、てんかん、片頭痛、周期性麻痺など、幅広い神経疾患を引き起こします。

薬理学は数十年にわたりイオンチャネルを利用してきた。局所麻酔薬はナトリウムチャネルを遮断し、多くの抗てんかん薬はナトリウムチャネルやカリウムチャネルを調節し、その他多くの薬剤はリガンド依存性チャネルを標的としている。高解像度構造解析により、これらのタンパク質がどのように電圧やリガンドを感知し、薬剤がどのように結合するのかが明らかになってきた。

単一のニューロンは、数十種類の異なるチャネルを発現しており、それらが組み合わさってニューロンの電気的特性を形作っている。