Khi một tế bào thần kinh không hoạt động phát tín hiệu, màng tế bào vẫn duy trì sự chênh lệch điện thế ổn định, thường vào khoảng -70 mV, với điện thế bên trong âm hơn so với bên ngoài. Điện thế nghỉ này là mức cơ sở mà từ đó tất cả các tín hiệu điện bắt đầu.

Hiện tượng này phát sinh từ sự phân bố không đồng đều của các ion—nồng độ kali cao bên trong, nồng độ natri cao bên ngoài—và từ tính thấm cao hơn của màng đối với kali ở trạng thái nghỉ. Bơm natri-kali liên tục tiêu hao năng lượng để duy trì độ chênh lệch nồng độ chống lại sự rò rỉ. Vì điện thế nghỉ gần với điện thế cân bằng của kali, nên những thay đổi nhỏ trong độ dẫn điện của kali ảnh hưởng mạnh mẽ đến nó.

Điện thế nghỉ quyết định lực đẩy tác động lên các ion và khoảng cách đến ngưỡng kích thích. Các yếu tố làm thay đổi điện thế nghỉ—thay đổi nồng độ kali ngoại bào, hoạt động của bơm ion, hoặc độ dẫn điện nền—có thể làm tăng hoặc giảm khả năng kích thích và có liên quan đến các bệnh lý từ liệt chu kỳ do tăng kali máu đến suy giảm lan tỏa. Đo điện thế nghỉ là bước cơ bản trong bất kỳ nghiên cứu nội bào nào về chức năng thần kinh.

Ngay cả khi ở trạng thái "nghỉ ngơi", màng tế bào vẫn duy trì trạng thái cân bằng động nhờ sự vận chuyển ion liên tục và quá trình vận chuyển chủ động.