Điện thế hoạt động là một xung điện ngắn lan truyền dọc theo sợi trục của tế bào thần kinh. Nó là tín hiệu cơ bản mà các tế bào thần kinh sử dụng để giao tiếp từ xa.

Ở trạng thái nghỉ, bên trong sợi trục mang điện tích âm so với bên ngoài. Khi một kích thích khử cực đủ mạnh tác động đến gò sợi trục, các kênh natri phụ thuộc điện thế sẽ mở ra, natri tràn vào, và điện thế màng nhanh chóng đảo ngược. Gần như ngay lập tức, các kênh natri ngừng hoạt động và các kênh kali mở ra, khôi phục lại điện tích âm bên trong. Toàn bộ quá trình diễn ra trong khoảng một mili giây. Bởi vì sự khử cực tại một điểm sẽ kích hoạt cùng một chuỗi phản ứng tại điểm tiếp theo, xung thần kinh lan truyền mà không bị suy yếu cho đến tận đầu cuối sợi trục.

Tính chất "tất cả hoặc không có gì" của điện thế hoạt động có nghĩa là các kích thích mạnh hơn không tạo ra các xung điện lớn hơn; chúng tạo ra các xung điện thường xuyên hơn. Vỏ myelin cho phép xung điện nhảy từ nút này sang nút khác, làm tăng tốc độ đáng kể. Thuốc gây tê cục bộ hoạt động bằng cách chặn các kênh natri và do đó ngăn chặn sự hình thành điện thế hoạt động.

Mọi suy nghĩ, cảm giác và chuyển động đều phụ thuộc vào sự kích hoạt đáng tin cậy của những sự kiện điện hóa nhỏ bé này.