Når en nevron ikke signaliserer aktivt, opprettholder membranen fortsatt en jevn spenningsforskjell, vanligvis rundt –70 mV, med det indre negativt i forhold til det ytre. Dette hvilepotensialet er grunnlinjen som all elektrisk signalisering utgår fra.

Det oppstår fra den ujevne fordelingen av ioner – høyt kaliuminnhold inni, høyt natriuminnhold utenfor – og fra membranens større permeabilitet for kalium i hvile. Natrium-kaliumpumpen bruker kontinuerlig energi for å opprettholde gradientene mot lekkasje. Fordi hvilepotensialet er nær kaliumlikevektspotensialet, påvirker små endringer i kaliumkonduktans det sterkt.

Hvilepotensialet bestemmer drivkraften på ioner og avstanden til terskel. Faktorer som endrer det – endringer i ekstracellulært kalium, pumpeaktivitet eller bakgrunnskonduktans – kan øke eller redusere eksitabilitet og er implisert i tilstander som spenner fra hyperkalemisk periodisk lammelse til spredende depresjon. Måling av hvilepotensial er et grunnleggende trinn i enhver intracellulær studie av nevronfunksjon.

Selv i «hvile» er membranen en dynamisk likevekt som opprettholdes av kontinuerlig ionestrøm og aktiv transport.