Потенциал действия — это короткий электрический импульс, распространяющийся по аксону нейрона. Это основной сигнал, посредством которого нервные клетки обмениваются информацией на расстоянии.

В состоянии покоя внутренняя поверхность аксона имеет отрицательный заряд по сравнению с внешней. Когда к аксонному холмику поступает достаточный деполяризующий стимул, открываются потенциал-зависимые натриевые каналы, натрий устремляется внутрь, и мембранный потенциал быстро меняет направление. Почти сразу же натриевые каналы инактивируются, а калиевые каналы открываются, восстанавливая отрицательный заряд внутри. Вся последовательность длится около миллисекунды. Поскольку деполяризация в одной точке запускает ту же последовательность в следующей точке, импульс распространяется без потери силы до самых аксонных терминалов.

Характер потенциала действия по принципу «всё или ничего» означает, что более сильные стимулы не вызывают более крупных импульсов; они вызывают более частые импульсы. Миелиновые оболочки позволяют импульсу перескакивать от узла к узлу, значительно увеличивая скорость. Местные анестетики действуют, блокируя натриевые каналы и тем самым предотвращая формирование потенциала действия.

Каждая мысль, ощущение и движение зависят от надежного срабатывания этих крошечных электрохимических процессов.