Wanneer een neuron geen signalen meer doorgeeft, behoudt het membraan een constant spanningsverschil, doorgaans rond de -70 mV, waarbij de binnenkant negatief is ten opzichte van de buitenkant. Deze rustpotentiaal vormt de basislijn van waaruit alle elektrische signalen worden verzonden.

Het ontstaat door de ongelijke verdeling van ionen – een hoge kaliumconcentratie binnenin en een hoge natriumconcentratie buiten – en door de grotere permeabiliteit van het membraan voor kalium in rusttoestand. De natrium-kaliumpomp verbruikt continu energie om de gradiënten te handhaven en lekkage te voorkomen. Omdat de rustpotentiaal dicht bij de evenwichtspotentiaal van kalium ligt, hebben kleine veranderingen in de kaliumgeleiding een sterke invloed hierop.

De rustpotentiaal bepaalt de drijvende kracht op ionen en de afstand tot de drempelwaarde. Factoren die deze potentiaal veranderen – veranderingen in extracellulair kalium, pompactiviteit of achtergrondgeleiding – kunnen de prikkelbaarheid verhogen of verlagen en spelen een rol bij aandoeningen variërend van hyperkaliëmische periodieke verlamming tot spreidende depressie. Het meten van de rustpotentiaal is een fundamentele stap in elk intracellulair onderzoek naar neuronale functie.

Zelfs in rusttoestand is het membraan een dynamisch evenwicht dat in stand wordt gehouden door continue ionenstroom en actief transport.