靜息時，神經元細胞膜使細胞內的電位，比細胞外的電位“負”(內負外正的細胞膜電位常為-58 mV)，去極化時細胞膜電位常超過0mV，然后很快恢復；有時細胞膜內電位能比細胞膜外電位低60 mV以上（超極化）。
靜息電位時，神經元可通過鈉—鉀- ATP酶等，把細胞外低水平的鉀離子逆向攝人、濃集在細胞內，把鈉離子、鈣離子、氯離子排出細胞，神經元靜息時的細胞膜電位，是鉀離子、鈉離子、鈣離子、氯離子在細胞膜內外平衡的結果，可根據公式計算出細胞內比細胞外電位低58 mV( -58 mV)。在細胞靜息膜電位為正于-58 mV時，可引發細胞膜鈉離子通道開放、鈉離子快速內流、細胞膜去極化、神經細胞興奮。
在細胞膜靜息電位為負于-58 mV時，可引發細胞膜鉀離子通道開放、鉀離子持久外排、細胞膜超極化、神經細胞被抑制。神經元引發動作電位的閾值為-44～-55 mV。鈉離子快速內流期常為絕對不應期，能防止再發生動作電位。動作電位時，常僅有微量鉀離子、鈉離子流動，不會明顯改變細胞內外的離子濃度。神經元細胞靜息膜電位，是多種離子的平衡電位，各種離子都能順濃度差擴散，在動作電位時擴散更明顯。