Тонкий липидный бислой отделяет внутреннюю часть нейрона от внеклеточной жидкости. Поскольку концентрация ионов различается по обе стороны этой мембраны и поскольку мембрана обладает избирательной проницаемостью, существует разность потенциалов. Эта разность потенциалов и есть мембранный потенциал.

В состоянии покоя потенциал обычно составляет около –70 мВ, что соответствует отрицательному значению. Это значение определяется градиентами ионов калия, натрия и других ионов, а также относительной проницаемостью, создаваемой открытыми каналами. Любое изменение проницаемости или активности насосов изменяет потенциал. Деполяризация и гиперполяризация представляют собой просто сдвиги этого напряжения в положительном или отрицательном направлении.

Вся электрическая сигнализация — синаптические потенциалы, рецепторные потенциалы, потенциалы действия — состоит из быстрых, контролируемых изменений мембранного потенциала. Измерение его с помощью внутриклеточных электродов или оценка с помощью чувствительных к напряжению красителей остаются фундаментальными для клеточной нейрофизиологии.

Даже небольшие устойчивые изменения потенциала покоя могут существенно изменить возбудимость цепи.