Živčane stanice imaju negativan električni naboj na svojim plazma membranama, poznat kao potencijal mirovanja. Plazma membrana je tanki granični sloj koji zatvara živčanu stanicu, a potencijal mirovanja postoji jer je unutarnja stanica negativno nabijena u usporedbi s njom. Kada neurotransmiter, kemikalija koja prenosi signale između živčanih stanica, stigne do membrane, ili se membrana poremeti mehanički, naboj preko membrane se mijenja, postajući pozitivniji. Ova promjena je poznata kao depolarizacija i, ako dosegne određenu razinu, nastaje ono što se zove akcijski potencijal, gdje se električni impuls prenosi duž živca. Nakon akcijskog potencijala, membrana se repolarizira, ponovno postaje negativno nabijena i obnavlja potencijal mirovanja.
Potencijal mirovanja membrana živčanih stanica stvaraju nejednake koncentracije pozitivno nabijenih iona natrija i kalija sa svake strane membrane. Više je kalija unutar stanice i više natrija izvan stanice. Razlog tome je natrij-kalijeva pumpa smještena u staničnoj membrani, koja aktivno pomiče natrij iz stanice, a kalij u stanicu.
U membrani postoje kanali kroz koje mogu putovati ioni natrija i kalija, ali kada membrana miruje, natrijevi kanali su zatvoreni i samo su neki od kalijevih kanala otvoreni. Natrijevi ioni su prisiljeni ostati izvan stanice, dok neki ioni kalija izlaze iz stanice kako bi im se pridružili kroz otvorene kanale. Konačni rezultat je da više pozitivno nabijenih iona završava izvan stanice nego unutra, a to stvara negativni naboj preko membrane, poznat kao potencijal mirovanja, koji je neophodan ako se želi dogoditi depolarizacija neurona.
Da bi se dogodio akcijski potencijal, prvo se živčana stanica mora stimulirati istezanjem ili dolaskom neurotransmitera. Tada dolazi do depolarizirajućeg učinka jer se natrijevi kanali otvaraju i dopuštaju natriju u stanicu, povećavajući broj pozitivno nabijenih iona unutar i čineći električni potencijal preko membrane pozitivnijim. Kada depolarizacija dosegne graničnu razinu, odjednom se otvaraju mnogi natrijevi kanali i dolazi do akcijskog potencijala, gdje se iznenada događa potpuna depolarizacija membrane, a depolarizacija također prolazi duž živčane stanice u valu.
Nakon depolarizacije, repolarizacija se događa nakon kratkog intervala poznatog kao refraktorno razdoblje. Tijekom tog razdoblja bilo koji daljnji podražaj primijenjen na stanicu nema učinka. Refraktorno razdoblje traje samo djelić sekunde, dopuštajući živcu da se aktivira mnogo puta u razmaku od jedne sekunde. Repolarizacija uključuje kalijeve ione koji se prvo kreću iz stanice, prije nego što se natrij aktivno ispumpava. Nakon što membranski potencijal dosegne potrebni negativni naboj, potencijal mirovanja se postiže i živac je ponovno spreman za paljenje.