Un potențial de acțiune este un impuls electric scurt care se deplasează de-a lungul axonului unui neuron. Este semnalul fundamental prin care celulele nervoase comunică la distanță.

În repaus, interiorul axonului este încărcat negativ față de exterior. Când un stimul depolarizant suficient ajunge la nivelul axonului, canalele de sodiu voltaj-dependente se deschid, sodiul intră în năvală, iar potențialul membranei se inversează rapid. Aproape imediat, canalele de sodiu se inactivează, iar canalele de potasiu se deschid, restabilind interiorul negativ. Întreaga secvență durează aproximativ o milisecundă. Deoarece depolarizarea la un moment dat declanșează aceeași secvență în punctul următor, impulsul se propagă fără a pierde din intensitate până la terminalele axonilor.

Caracterul de tip „totul sau nimic” al potențialului de acțiune înseamnă că stimulii mai puternici nu produc vârfuri mai mari; aceștia produc vârfuri mai frecvente. Tecile de mielină permit impulsului să sară de la un nod la altul, crescând considerabil viteza. Anestezicele locale acționează prin blocarea canalelor de sodiu și, prin urmare, împiedicând formarea potențialului de acțiune.

Fiecare gând, senzație și mișcare depinde de declanșarea fiabilă a acestor mici evenimente electrochimice.