Mỗi tế bào thần kinh liên tục tiêu hao năng lượng để duy trì sự chênh lệch nồng độ ion, điều kiện cần thiết cho quá trình truyền tín hiệu điện. Enzyme chịu trách nhiệm cho việc này là bơm natri-kali, hay Na+/K+-ATPase, vận chuyển ba ion natri ra khỏi tế bào và hai ion kali vào trong cho mỗi phân tử ATP bị thủy phân.

Sự chênh lệch điện thế tạo ra năng lượng cho điện thế nghỉ, sự xâm nhập của natri trong quá trình điện thế hoạt động, và nhiều chất vận chuyển thứ cấp di chuyển chất dẫn truyền thần kinh và các chất hòa tan khác. Vì bơm này sinh điện – xuất khẩu ròng một điện tích dương mỗi chu kỳ – nên nó cũng đóng góp một cách khiêm tốn và trực tiếp vào điện thế màng. Hoạt động của nó được điều chỉnh bởi nồng độ natri nội bào, quá trình phosphoryl hóa và các con đường truyền tín hiệu.

Việc ức chế bơm bằng glycoside tim hoặc bằng cách làm cạn kiệt năng lượng sẽ làm sụp đổ các gradient, khử cực màng và cuối cùng ngăn chặn quá trình truyền tín hiệu tiếp theo. Chi phí chuyển hóa cao của bơm là lý do chính khiến não bộ rất nhạy cảm với sự gián đoạn trong lưu lượng máu hoặc nguồn cung cấp oxy. Do đó, hiểu biết về chức năng của bơm là rất quan trọng đối với cả sinh lý thần kinh tế bào và bệnh lý học của các tổn thương chuyển hóa.

Khoảng một nửa lượng ATP tiêu thụ của não bộ là do hoạt động của loại enzyme duy nhất này.