Hvert nevron bruker kontinuerlig energi for å opprettholde iongradientene som muliggjør elektrisk signalering. Enzymet som er ansvarlig er natrium-kaliumpumpen, eller Na+/K+-ATPase, som flytter tre natriumioner ut av cellen og to kaliumioner inn for hvert ATP-molekyl som hydrolyseres.

De resulterende gradientene driver hvilepotensialet, tilstrømningen av natrium under aksjonspotensialer og mange sekundære transportører som flytter nevrotransmittere og andre oppløste stoffer. Fordi pumpen er elektrogen – netto eksport av én positiv ladning per syklus – bidrar den også beskjedent og direkte til membranpotensialet. Aktiviteten reguleres av intracellulære natriumnivåer, fosforylering og signalveier.

Å hemme pumpen med hjerteglykosider eller ved energitap kollapser gradientene, depolariserer membranen og forhindrer til slutt ytterligere signalering. Pumpens høye metabolske kostnader er en viktig grunn til at hjernen er så følsom for avbrudd i blodstrømmen eller oksygentilførselen. Å forstå pumpefunksjonen er derfor sentralt for både cellulær nevrofysiologi og patofysiologien til metabolske skader.

Omtrent halvparten av hjernens ATP-forbruk kan tilskrives aktiviteten til dette ene enzymet.