När en neuron inte aktivt signalerar, upprätthåller dess membran fortfarande en stabil spänningsskillnad, vanligtvis runt –70 mV, med det inre negativt i förhållande till det yttre. Denna vilopotential är baslinjen från vilken all elektrisk signalering utgår.

Det uppstår på grund av den ojämna fördelningen av joner – hög kaliumhalt inuti, hög natriumhalt utåt – och på grund av membranets större permeabilitet för kalium i vila. Natrium-kaliumpumpen förbrukar kontinuerligt energi för att upprätthålla gradienterna mot läckage. Eftersom vilopotentialen ligger nära kaliumjämviktspotentialen påverkar små förändringar i kaliumkonduktansen den starkt.

Vilopotentialen bestämmer drivkraften på joner och avståndet till tröskelvärdet. Faktorer som förändrar den – förändringar i extracellulärt kalium, pumpaktivitet eller bakgrundskonduktans – kan öka eller minska excitabiliteten och är inblandade i tillstånd som sträcker sig från hyperkalemisk periodisk paralys till spridande depression. Att mäta vilopotentialen är ett grundläggande steg i alla intracellulära studier av neuronal funktion.

Även i "vila" är membranet en dynamisk jämvikt som upprätthålls av kontinuerligt jonflöde och aktiv transport.