Een actiepotentiaal is een korte elektrische puls die zich voortplant langs het axon van een neuron. Het is het fundamentele signaal waarmee zenuwcellen over afstand communiceren.

In rusttoestand is de binnenkant van het axon negatief geladen ten opzichte van de buitenkant. Wanneer een voldoende depolariserende stimulus de axonheuvel bereikt, openen spanningsafhankelijke natriumkanalen, stroomt natrium naar binnen en keert de membraanpotentiaal snel om. Vrijwel onmiddellijk deactiveren de natriumkanalen en openen de kaliumkanalen, waardoor de negatieve lading aan de binnenkant wordt hersteld. De hele sequentie duurt ongeveer een milliseconde. Omdat de depolarisatie op één punt dezelfde sequentie op het volgende punt in gang zet, plant de impuls zich voort zonder aan kracht te verliezen tot aan de axonterminalen.

Het alles-of-niets-karakter van de actiepotentiaal betekent dat sterkere stimuli geen grotere pieken produceren, maar juist frequentere pieken. Myelinescheden zorgen ervoor dat de impuls van knoop naar knoop kan springen, waardoor de snelheid aanzienlijk toeneemt. Lokale anesthetica werken door de natriumkanalen te blokkeren en zo de vorming van de actiepotentiaal te voorkomen.

Elke gedachte, gewaarwording en beweging is afhankelijk van het betrouwbaar verlopen van deze minuscule elektrochemische processen.