Her nöron, elektriksel sinyalleşmeyi mümkün kılan iyon gradyanlarını korumak için sürekli olarak enerji harcar. Bu işlemden sorumlu enzim, sodyum-potasyum pompası veya Na+/K+-ATPaz'dır; bu enzim, hidrolize edilen her bir ATP molekülü için hücreden üç sodyum iyonunu dışarı, iki potasyum iyonunu ise içeri taşır.

Oluşan gradyanlar, dinlenme potansiyelini, aksiyon potansiyelleri sırasında sodyum girişini ve nörotransmiterleri ve diğer çözünmüş maddeleri taşıyan birçok ikincil taşıyıcıyı besler. Pompa elektrojeneik olduğundan—döngü başına net bir pozitif yük ihracatı—membran potansiyeline de mütevazı ve doğrudan katkıda bulunur. Aktivitesi hücre içi sodyum seviyeleri, fosforilasyon ve sinyal yolları tarafından düzenlenir.

Kalp glikozitleri veya enerji tükenmesi yoluyla pompanın inhibe edilmesi, gradyanları çökerterek membranı depolarize eder ve sonuç olarak daha fazla sinyal iletimini engeller. Pompanın yüksek metabolik maliyeti, beynin kan akışındaki veya oksijen tedarikindeki kesintilere bu kadar duyarlı olmasının başlıca nedenidir. Bu nedenle, pompa fonksiyonunu anlamak hem hücresel nörofizyoloji hem de metabolik hasarların patofizyolojisi açısından merkezi öneme sahiptir.

Beynin ATP tüketiminin yaklaşık yarısı bu tek enzimin aktivitesine bağlanabilir.