Gdy neuron nie wysyła aktywnych sygnałów, jego błona komórkowa nadal utrzymuje stałą różnicę napięć, zazwyczaj około –70 mV, przy czym potencjał wewnętrzny jest ujemny w stosunku do zewnętrznego. Ten potencjał spoczynkowy stanowi linię bazową, od której rozpoczyna się cała sygnalizacja elektryczna.

Wynika to z nierównomiernego rozmieszczenia jonów – wysokiego stężenia potasu wewnątrz, wysokiego stężenia sodu na zewnątrz – oraz z większej przepuszczalności błony dla potasu w stanie spoczynku. Pompa sodowo-potasowa stale zużywa energię, aby utrzymać gradienty i zapobiec przeciekom. Ponieważ potencjał spoczynkowy jest bliski potencjałowi równowagi potasu, niewielkie zmiany przewodnictwa potasu silnie na niego wpływają.

Potencjał spoczynkowy określa siłę napędową jonów i odległość do progu. Czynniki, które go zmieniają – zmiany pozakomórkowego stężenia potasu, aktywności pompy lub przewodnictwa tła – mogą zwiększać lub zmniejszać pobudliwość i są powiązane z różnymi stanami, od okresowego porażenia hiperkaliemicznego po rozprzestrzeniającą się depresję. Pomiar potencjału spoczynkowego jest podstawowym etapem w każdym wewnątrzkomórkowym badaniu funkcji neuronów.

Nawet w stanie „spoczynku” błona pozostaje w dynamicznej równowadze, utrzymywanej dzięki ciągłemu przepływowi jonów i aktywnemu transportowi.