Elke neuron verbruikt continu energie om de ionengradiënten in stand te houden die elektrische signalering mogelijk maken. Het enzym dat hiervoor verantwoordelijk is, is de natrium-kaliumpomp, oftewel Na+/K+-ATPase, die voor elk gehydrolyseerd ATP-molecuul drie natriumionen uit de cel en twee kaliumionen naar binnen transporteert.

De resulterende gradiënten drijven de rustpotentiaal aan, de instroom van natrium tijdens actiepotentialen en vele secundaire transporteurs die neurotransmitters en andere opgeloste stoffen verplaatsen. Omdat de pomp elektrogeen is – netto export van één positieve lading per cyclus – draagt ​​deze ook bescheiden en direct bij aan de membraanpotentiaal. De activiteit ervan wordt gereguleerd door intracellulaire natriumspiegels, fosforylering en signaalroutes.

Het remmen van de pomp met hartglycosiden of door energiegebrek zorgt ervoor dat de gradiënten instorten, het membraan depolariseert en uiteindelijk verdere signalering wordt voorkomen. De hoge metabolische kosten van de pomp zijn een belangrijke reden waarom de hersenen zo gevoelig zijn voor onderbrekingen in de bloedtoevoer of zuurstofvoorziening. Inzicht in de pompfunctie is daarom essentieel voor zowel de cellulaire neurofysiologie als de pathofysiologie van metabolische verstoringen.

Ongeveer de helft van het ATP-verbruik van de hersenen kan worden toegeschreven aan de activiteit van dit ene enzym.