Et aksjonspotensial er en kort elektrisk puls som beveger seg langs aksonet i et nevron. Det er det grunnleggende signalet som nerveceller kommuniserer med over avstand.

I hvile er innsiden av aksonet negativt ladet i forhold til utsiden. Når en tilstrekkelig depolariserende stimulus ankommer aksonhaugen, åpnes spenningsstyrte natriumkanaler, natrium strømmer inn, og membranpotensialet reverseres raskt. Nesten umiddelbart inaktiveres natriumkanalene og kaliumkanalene åpnes, noe som gjenoppretter det negative indre. Hele sekvensen varer omtrent et millisekund. Fordi depolariseringen på ett punkt utløser den samme sekvensen på neste punkt, forplanter impulsen seg uten å miste styrke helt til aksonterminalene.

Alt-eller-ingenting-karakteren til aksjonspotensialet betyr at sterkere stimuli ikke produserer større topper; de produserer hyppigere topper. Myelin-skjeder lar impulsen hoppe fra node til node, noe som øker hastigheten betraktelig. Lokalbedøvelse virker ved å blokkere natriumkanalene og dermed forhindre at aksjonspotensialet dannes.

Hver tanke, følelse og bevegelse er avhengig av den pålitelige utløsningen av disse små elektrokjemiske hendelsene.