當膜電位比正常靜止值更負時，神經元處於超極化狀態。這種變化使細胞遠離動作電位閾值，從而降低其放電的可能性。

超極化可由鉀離子或氯離子通道的開放或電泵的活動引起。抑制性突觸通常會產生超極化電位，儘管在某些情況下，抑製作用是透過分流而非電壓大幅變化來實現的。動作電位之後，短暫的後超極化有助於限制放電頻率並延長不反應期。

實驗中人為施加的超極化可用於研究電壓依賴性電導，並防止在記錄突觸電流時出現動作電位。在活體大腦中，去極化和超極化影響之間的平衡時刻決定著神經元是加入網路振盪還是保持靜默。

• 膜負電位增加
• 降低發射機率
• 由抑制性電流或幫浦產生
• 有助於形成不應期和抑製作用