Một lớp màng lipid mỏng ngăn cách bên trong tế bào thần kinh với dịch ngoại bào. Do nồng độ ion khác nhau giữa hai bên màng này và do màng có tính thấm chọn lọc, nên tồn tại một sự chênh lệch điện thế. Điện thế đó chính là điện thế màng.

Ở trạng thái nghỉ, điện thế thường nằm quanh mức -70 mV, bên trong là âm. Giá trị này được xác định bởi sự chênh lệch nồng độ kali, natri và các ion khác cùng với độ thẩm thấu tương đối do các kênh mở thiết lập. Bất kỳ sự thay đổi nào về độ thẩm thấu hoặc hoạt động của các bơm đều làm thay đổi điện thế. Khử cực và tăng cực chỉ đơn giản là sự dịch chuyển điện thế này theo hướng dương hoặc âm.

Tất cả các tín hiệu điện—điện thế synap, điện thế thụ thể, điện thế hoạt động—đều bao gồm những thay đổi nhanh chóng và có kiểm soát về điện thế màng. Việc đo điện thế này bằng điện cực nội bào hoặc ước tính bằng thuốc nhuộm nhạy cảm với điện áp vẫn là nền tảng của sinh lý thần kinh tế bào.

Ngay cả những thay đổi nhỏ và kéo dài về điện thế nghỉ cũng có thể làm thay đổi đáng kể khả năng kích thích của một mạch thần kinh.