Каждый электрический сигнал в нервной системе зависит от контролируемого движения ионов через мембраны. Ионные каналы — это белковые поры, которые обеспечивают это движение. Некоторые открываются в ответ на изменения напряжения, другие — на связывание нейромедиаторов или на механическое растяжение.

Селективные фильтры пропускают определенные ионы — натрий, калий, кальций, хлорид — и не пропускают другие. Время открытия и закрытия канала определяет форму потенциалов действия, длительность синаптических токов и сам потенциал покоя. Генетические мутации в генах каналов приводят к широкому спектру неврологических расстройств, от эпилепсии и мигрени до периодического паралича.

Фармакология десятилетиями использует ионные каналы: местные анестетики блокируют натриевые каналы, многие противосудорожные препараты модулируют натриевые или калиевые каналы, а многочисленные другие агенты воздействуют на каналы, управляемые лигандами. Высокоразрешенные структуры теперь позволяют понять, как эти белки воспринимают напряжение или лиганды и как лекарства связываются с ними.

Один нейрон экспрессирует десятки различных типов каналов, которые в совокупности формируют его электрические характеристики.