Când un neuron nu transmite semnale active, membrana sa menține o diferență constantă de tensiune, de obicei în jur de –70 mV, interiorul fiind negativ în raport cu exteriorul. Acest potențial de repaus este linia de bază de la care pornește toată semnalizarea electrică.

Aceasta apare din distribuția inegală a ionilor - conținut ridicat de potasiu în interior, conținut ridicat de sodiu în exterior - și din permeabilitatea mai mare a membranei la potasiu în repaus. Pompa de sodiu-potasiu consumă continuu energie pentru a menține gradienții împotriva scurgerilor. Deoarece potențialul de repaus este aproape de potențialul de echilibru al potasiului, mici modificări ale conductanței potasiului îl influențează puternic.

Potențialul de repaus determină forța motrice asupra ionilor și distanța până la prag. Factorii care îl modifică - modificări ale potasiului extracelular, activitatea pompei sau conductanțele de fond - pot crește sau scădea excitabilitatea și sunt implicați în afecțiuni variind de la paralizia periodică hiperkaliemică până la depresia răspândită. Măsurarea potențialului de repaus este un pas fundamental în orice studiu intracelular al funcției neuronale.

Chiar și în „repaus”, membrana se află într-un echilibru dinamic menținut de fluxul continuu de ioni și transportul activ.