Et tynt lipid-dobbeltlag skiller det indre av et nevron fra den ekstracellulære væsken. Fordi ionkonsentrasjonene varierer over denne membranen og fordi membranen er selektivt permeabel, eksisterer det en spenningsforskjell. Denne spenningen er membranpotensialet.

I hvile er den vanligvis nær –70 mV, innenfor negativ. Verdien bestemmes av gradientene av kalium-, natrium- og andre ioner sammen med de relative permeabilitetene som er satt av åpne kanaler. Enhver endring i permeabilitet eller i aktiviteten til pumper endrer potensialet. Depolarisering og hyperpolarisering er ganske enkelt forskyvninger av denne spenningen i positiv eller negativ retning.

All elektrisk signalering – synaptiske potensialer, reseptorpotensialer, aksjonspotensialer – består av raske, kontrollerte endringer i membranpotensialet. Å måle det med intracellulære elektroder eller estimere det med spenningsfølsomme fargestoffer er fortsatt grunnleggende for cellulær nevrofysiologi.

Selv små vedvarende endringer i hvilepotensial kan dramatisk endre eksitabiliteten til en krets.