Sinir sistemindeki her elektriksel sinyal, iyonların zarlar boyunca kontrollü hareketine bağlıdır. İyon kanalları, bu harekete izin veren protein gözenekleridir. Bazıları voltaj değişikliklerine, diğerleri nörotransmitterlerin bağlanmasına veya mekanik gerilmeye yanıt olarak açılır.

Seçicilik filtreleri, sodyum, potasyum, kalsiyum, klorür gibi belirli iyonların geçmesine izin verirken diğerlerini dışarıda bırakır. Kanal açılıp kapanmasının zamanlaması, aksiyon potansiyellerinin şeklini, sinaptik akımların süresini ve dinlenme potansiyelinin kendisini belirler. Kanal genlerindeki genetik mutasyonlar, epilepsiden migrene ve periyodik felce kadar geniş bir yelpazede nörolojik bozukluklara neden olur.

Farmakoloji, iyon kanallarını on yıllardır kullanmaktadır: lokal anestezikler sodyum kanallarını bloke eder, birçok nöbet önleyici ilaç sodyum veya potasyum kanallarını modüle eder ve çok sayıda başka madde ligandla aktive olan kanalları hedef alır. Yüksek çözünürlüklü yapılar artık bu proteinlerin voltajı veya ligandları nasıl algıladığını ve ilaçların bunlara nasıl bağlandığını ortaya koymaktadır.

Tek bir nöron, birlikte elektriksel kişiliğini şekillendiren düzinelerce farklı kanal tipini ifade eder.