Fiecare neuron consumă continuu energie pentru a menține gradienții ionici care fac posibilă semnalizarea electrică. Enzima responsabilă este pompa de sodiu-potasiu, sau Na+/K+-ATPaza, care deplasează trei ioni de sodiu în afara celulei și doi ioni de potasiu în interior pentru fiecare moleculă de ATP hidrolizată.

Gradienții rezultați alimentează potențialul de repaus, influxul de sodiu în timpul potențialelor de acțiune și mulți transportori secundari care mișcă neurotransmițători și alte substanțe dizolvate. Deoarece pompa este electrogenică - export net al unei sarcini pozitive pe ciclu - ea contribuie, de asemenea, modest și direct la potențialul membranei. Activitatea sa este reglată de nivelurile intracelulare de sodiu, fosforilare și căi de semnalizare.

Inhibarea pompei cu glicozide cardiace sau prin epuizarea energiei duce la colapsul gradienților, depolarizează membrana și, în cele din urmă, previne transmiterea de semnale ulterioare. Costul metabolic ridicat al pompei este un motiv major pentru care creierul este atât de sensibil la întreruperile fluxului sanguin sau ale aportului de oxigen. Prin urmare, înțelegerea funcției pompei este esențială atât pentru neurofiziologia celulară, cât și pentru fiziopatologia afecțiunilor metabolice.

Aproximativ jumătate din consumul de ATP al creierului poate fi atribuit activității acestei singure enzime.