每个神经元都需要持续消耗能量来维持离子梯度，从而保证电信号的传递。负责这一过程的酶是钠钾泵，也称为Na+/K+-ATP酶，它每水解一个ATP分子，就会将三个钠离子泵出细胞，同时将两个钾离子泵入细胞。

由此产生的梯度为静息电位、动作电位期间的钠离子内流以及许多转运神经递质和其他溶质的二级转运体提供能量。由于该泵具有电生成性——每个循环净输出一个正电荷——它也对膜电位有一定程度的直接贡献。其活性受细胞内钠离子水平、磷酸化和信号通路调控。

用强心苷抑制或通过能量耗竭来抑制泵功能会破坏梯度，使细胞膜去极化，最终阻止进一步的信号传导。泵的高代谢成本是大脑对血流或氧气供应中断如此敏感的主要原因。因此，了解泵的功能对于细胞神经生理学和代谢损伤的病理生理学都至关重要。

大脑消耗的 ATP 中约有一半是由这种酶的活性造成的。