Elk elektrisch signaal in het zenuwstelsel is afhankelijk van de gecontroleerde beweging van ionen over membranen. Ionkanalen zijn de eiwitporiën die deze beweging mogelijk maken. Sommige openen zich als reactie op spanningsveranderingen, andere op de binding van neurotransmitters of op mechanische rek.

Selectiviteitsfilters laten bepaalde ionen – natrium, kalium, calcium, chloride – door, terwijl ze andere tegenhouden. Het tijdstip waarop de kanalen openen en sluiten, bepaalt de vorm van actiepotentialen, de duur van synaptische stromen en de rustpotentiaal zelf. Genetische mutaties in kanaalgenen veroorzaken een breed scala aan neurologische aandoeningen, van epilepsie tot migraine en periodieke verlamming.

De farmacologie maakt al decennia gebruik van ionkanalen: lokale anesthetica blokkeren natriumkanalen, veel anti-epileptica moduleren natrium- of kaliumkanalen en talloze andere middelen richten zich op ligand-gated kanalen. Structuren met hoge resolutie onthullen nu hoe deze eiwitten spanning of liganden waarnemen en hoe geneesmiddelen zich eraan binden.

Een enkele neuron vertoont tientallen verschillende kanaaltypen die samen zijn elektrische eigenschappen vormgeven.