Cada neurónio gasta energia continuamente para manter os gradientes iónicos que tornam possível a sinalização elétrica. A enzima responsável é a bomba de sódio-potássio, ou Na+/K+-ATPase, que transporta três iões de sódio para o exterior da célula e dois iões de potássio para o interior, por cada molécula de ATP hidrolisada.

Os gradientes resultantes alimentam o potencial de repouso, o influxo de sódio durante os potenciais de ação e muitos transportadores secundários que movimentam neurotransmissores e outros solutos. Como a bomba é eletrogénica — exportando uma carga positiva líquida por ciclo — também contribui de forma modesta e direta para o potencial de membrana. A sua atividade é regulada pelos níveis intracelulares de sódio, fosforilação e vias de sinalização.

A inibição da bomba com glicosídeos cardíacos ou por depleção de energia colapsa os gradientes, despolariza a membrana e, em última análise, impede a sinalização subsequente. O elevado custo metabólico da bomba é uma das principais razões pelas quais o cérebro é tão sensível a interrupções no fluxo sanguíneo ou no fornecimento de oxigénio. A compreensão da função da bomba é, portanto, fundamental tanto para a neurofisiologia celular como para a fisiopatologia das agressões metabólicas.

Aproximadamente metade do consumo de ATP pelo cérebro pode ser atribuído à atividade desta única enzima.