Membranos potencialas yra įtampa, kuri egzistuoja per ląstelės membraną. Jis taip pat žinomas kaip transmembraninis potencialas ir ypač svarbus nervų ląstelėse arba neuronuose. Membranos potencialą sukelia elektrinio potencialo skirtumas tarp ląstelės vidaus ir išorės. Kai neuronas yra ramybės būsenoje, tai reiškia, kad jis neskleidžia nervinio impulso, jo ląstelės membranos vidus turi neigiamą krūvį, palyginti su ląstelės išore. Tai atsiranda dėl skirtingos įkrautų jonų koncentracijos tiesiai membranos viduje ir išorėje.
Membranų potencialas atsiranda dėl to, kad ląstelių membranos neleidžia natrio ir kalio jonams laisvai patekti į ląsteles ir iš jų bei pasiekti pusiausvyrą. Vietoj to, specialūs kanalai, žinomi kaip jonų kanalai, leidžia kalio jonams judėti per ląstelės membraną, sumažinant teigiamą krūvį ląstelės viduje. Jonų siurbliai, esantys membranoje, naudoja energiją natrio jonams išpumpuoti iš ląstelės, o kartu pumpuoja kalį. Kiekvienai kalio jonų porai, kurią šie jonų pernešėjai perkelia į ląstelę, trys natrio jonai iškeliauja į lauką, todėl bendrai prarandama teigiamas ląstelės krūvis. Taip pat neleidžiama išeiti iš ląstelės viduje esančioms neigiamai įkrautoms baltymų molekulėms.
Kartu šie veiksniai sukuria neigiamą krūvį ląstelės viduje, palyginti su išore, o tai sudaro membranos potencialą. Potencialas ramybės būsenoje yra pastovus, bet keičiasi nervinėse ląstelėse, kai impulsai perduodami iš vieno neurono į kitą. Nervinio impulso perdavimo metu atsiranda vadinamasis veikimo potencialas, kai ląstelės membrana pereina procesą, vadinamą depoliarizacija. Po veikimo potencialo membranos potencialas grįžta į normalią ramybės būseną, kuri paprastai matuojama kaip -70 milivoltų skirtumas tarp membranos vidaus ir išorės.
Veikimo potencialas prasideda, kai į ląstelę patenka nervinis dirgiklis, atveriantis specialius natrio kanalus ląstelės membranoje. Teigiamai įkrauti natrio jonai patenka į ląstelę, o membranos potencialas pasikeičia, tampa mažiau neigiamas. Kai pasiekiamas taškas, žinomas kaip veikimo slenkstis, atsidaro daug daugiau natrio kanalų, o ląstelės membranos vidus tampa teigiamai įkraunamas, atvirkščiai, nei įprasta.
Maždaug veikimo potencialo viršūnėje atsidaro kalio kanalai ir kalis išteka iš ląstelės. Dėl to ląstelės vidus tampa neigiamas, todėl membrana yra repoliarizuota. Natrio kanalai taip pat užsidaro maždaug šiuo metu. Paprastai repoliarizacija viršija ir palaipsniui grįžta į normalų ramybės membranos potencialą. Šis membranos potencialo pakeitimo procesas, siekiant sukurti veikimo potencialą, leidžia impulsams perduoti nervus.