Živčne celice imajo na plazemskih membranah negativen električni naboj, znan kot potencial mirovanja. Plazemska membrana je tanka mejna plast, ki obdaja živčno celico, potencial mirovanja pa obstaja, ker je notranjost celice negativno nabita v primerjavi z zunanjostjo. Ko nevrotransmiter, kemikalija, ki prenaša signale med živčnimi celicami, prispe do membrane ali je membrana mehansko motena, se naboj čez membrano spremeni in postane bolj pozitiven. Ta sprememba je znana kot depolarizacija in, če doseže določeno raven, nastane tako imenovani akcijski potencial, kjer se električni impulz prenaša vzdolž živca. Po akcijskem potencialu se membrana repolarizira, ponovno negativno nabije in obnovi potencial mirovanja.
Potencial mirovanja membran živčnih celic ustvarjajo neenake koncentracije pozitivno nabitih natrijevih in kalijevih ionov na vsaki strani membrane. V celici je več kalija, zunaj celice pa več natrija. Razlog za to je natrijevo-kalijeva črpalka, ki se nahaja v celični membrani, ki aktivno premika natrij iz celice in kalij v celico.
V membrani so kanali, skozi katere lahko potujejo natrijevi in kalijevi ioni, ko pa membrana miruje, so natrijevi kanali zaprti in odprti so le nekateri kalijevi kanali. Natrijevi ioni so prisiljeni ostati zunaj celice, medtem ko nekateri kalijevi ioni pobegnejo iz celice, da se jim pridružijo skozi odprte kanale. Končni rezultat je, da več pozitivno nabitih ionov konča zunaj celice kot znotraj, kar ustvari negativni naboj čez membrano, znan kot potencial mirovanja, ki je potreben, če naj pride do depolarizacije nevrona.
Da bi se pojavil akcijski potencial, je treba najprej stimulirati živčno celico z raztezanjem ali s prihodom nevrotransmiterja. Nato pride do depolarizirajočega učinka, ker se natrijevi kanali odprejo in dovolijo natriju v celico, s čimer se poveča število pozitivno nabitih ionov v notranjosti in je električni potencial na membrani bolj pozitiven. Ko depolarizacija doseže mejno vrednost, se naenkrat odpre veliko natrijevih kanalov in nastane akcijski potencial, kjer nenadoma pride do popolne depolarizacije membrane, pri čemer depolarizacija v valu preide tudi vzdolž živčne celice.
Po depolarizaciji pride do repolarizacije po kratkem intervalu, znanem kot refraktorno obdobje. V tem obdobju kakršen koli nadaljnji dražljaj na celico nima učinka. Refraktorno obdobje traja le delček sekunde, kar omogoča, da se živec sproži večkrat v času ene sekunde. Repolarizacija vključuje kalijeve ione, ki se najprej premikajo iz celice, preden se natrij aktivno izčrpa. Ko membranski potencial doseže potreben negativni naboj, je potencial mirovanja dosežen in živec je ponovno pripravljen za sprožitev.