İnce bir lipit çift katmanı, nöronun içini hücre dışı sıvıdan ayırır. Bu zar boyunca iyon konsantrasyonları farklılık gösterdiğinden ve zar seçici geçirgen olduğundan, bir voltaj farkı oluşur. Bu voltaj, zar potansiyelidir.

Dinlenme halindeyken tipik olarak -70 mV civarında, yani negatif yönde seyreder. Bu değer, potasyum, sodyum ve diğer iyonların gradyanları ile açık kanallar tarafından belirlenen göreceli geçirgenlikler tarafından belirlenir. Geçirgenlikteki veya pompaların aktivitesindeki herhangi bir değişiklik potansiyeli değiştirir. Depolarizasyon ve hiperpolarizasyon, bu voltajın pozitif veya negatif yönde kaymalarıdır.

Tüm elektriksel sinyalleşme—sinaptik potansiyeller, reseptör potansiyelleri, aksiyon potansiyelleri—membran potansiyelindeki hızlı ve kontrollü değişikliklerden oluşur. Bunu hücre içi elektrotlarla ölçmek veya voltaja duyarlı boyalarla tahmin etmek, hücresel nörofizyolojinin temelini oluşturmaktadır.

Dinlenme potansiyelindeki küçük ve sürekli değişimler bile bir devrenin uyarılabilirliğini önemli ölçüde değiştirebilir.