Nervų ląstelės turi neigiamą elektros krūvį per savo plazmos membranas, žinomą kaip ramybės potencialas. Plazminė membrana yra plonas ribinis sluoksnis, apimantis nervinę ląstelę, o ramybės potencialas egzistuoja, nes ląstelės vidus yra neigiamai įkrautas, palyginti su išore. Kai į membraną patenka neuromediatorius – cheminė medžiaga, pernešanti signalus tarp nervinių ląstelių, arba membrana pažeidžiama mechaniškai, membranos krūvis pasikeičia, tampa pozityvesnis. Šis pokytis žinomas kaip depoliarizacija ir, pasiekus tam tikrą lygį, atsiranda vadinamasis veikimo potencialas, kai išilgai nervo perduodamas elektrinis impulsas. Po veikimo potencialo membrana repoliarizuojasi, vėl įkraunama neigiamai ir atkuriama ramybės potencialas.
Nervų ląstelių membranų ramybės potencialą sukuria nevienodos teigiamai įkrautų natrio ir kalio jonų koncentracijos kiekvienoje membranos pusėje. Ląstelės viduje yra daugiau kalio, o už jos ribų – daugiau natrio. To priežastis – ląstelės membranoje esantis natrio-kalio siurblys, kuris aktyviai išneša natrį iš ląstelės, o kalį – į ląstelę.
Membranoje yra kanalų, kuriais gali keliauti natrio ir kalio jonai, tačiau kai membrana yra ramybės būsenoje, natrio kanalai užsidaro ir tik kai kurie kalio kanalai yra atviri. Natrio jonai priversti likti už ląstelės ribų, o kai kurie kalio jonai išeina iš ląstelės, kad prisijungtų prie jų per atvirus kanalus. Rezultatas yra tas, kad daugiau teigiamai įkrautų jonų patenka į ląstelės išorę, nei į vidų, ir tai sukuria neigiamą krūvį per membraną, vadinamą ramybės potencialu, kuris yra būtinas neuronų depoliarizacijai.
Kad atsirastų veikimo potencialas, pirmiausia nervinė ląstelė turi būti stimuliuojama ištempiant arba atvykstant neurotransmiterio. Tada atsiranda depoliarizuojantis efektas, nes atsidaro natrio kanalai ir natris patenka į ląstelę, padidindamas viduje esančių teigiamai įkrautų jonų skaičių, o elektrinį potencialą per membraną padarydamas pozityvesnį. Kai depoliarizacija pasiekia slenkstinį lygį, vienu metu atsidaro daug natrio kanalų ir atsiranda veikimo potencialas, kai staiga įvyksta visiška membranos depoliarizacija, o depoliarizacija taip pat praeina palei nervinę ląstelę banga.
Po depoliarizacijos repoliarizacija įvyksta po trumpo laiko tarpo, vadinamo ugniai atspariu periodu. Per tą laikotarpį joks tolesnis stimulas, taikomas ląstelei, neturi jokio poveikio. Ugniai atsparus laikotarpis trunka tik sekundės dalį, todėl nervas gali sušauti daug kartų per vieną sekundę. Repoliarizacija apima kalio jonų judėjimą iš ląstelės pirmiausia, prieš tai aktyviai išpumpuojant natrią. Kai membranos potencialas pasiekia reikiamą neigiamą krūvį, pasiekiamas ramybės potencialas ir nervas vėl pasiruošęs šaudyti.