Ionski kanali nalaze se unutar staničnih membrana svih bioloških stanica. Kanale tvore proteini koji stvaraju pore u plazma membrani. Pore omogućuju ionima koji ne mogu proći izravno kroz staničnu membranu da putuju u i iz stanica. Većina kanala sastoji se od više od jednog proteina i zapravo su kompleksi proteina koji se nalaze unutar membrane.
Tip atoma, ioni se razlikuju po tome što imaju nejednak broj elektrona i protona. Ion ima negativan ili pozitivan naboj ovisno o tome ima li više elektrona ili protona. Dvosloj fosofolipida koji čini staničnu membranu ima svoj vlastiti naboj i zapravo djeluje kao prepreka ionima koji slobodno prolaze kroz nju. To je razlog zašto su ionski kanali potrebni unutar staničnih membrana.
Ionski kanali djeluju kao električni izolatori i osiguravaju put za prelazak iona u ili iz stanice. Svaki ionski kanal djeluje kao katalizator u procesu koji pomiče ion s jedne strane stanične membrane na drugu. Kanal može biti otvoren ili zatvoren, s prijelazom između dva stanja kada se ion veže na ispravno mjesto na ionskom kanalu.
Promjena između otvorenog i zatvorenog stanja ionskog kanala naziva se gatingom. Vanjski čimbenici igraju ulogu u tome jesu li vrata otvorena ili zatvorena. Postoje različite skupine ionskih kanala i mogu se grupirati prema tome koji fizički i kemijski vanjski čimbenici igraju ulogu u otvaranju i zatvaranju vrata.
Neki ionski kanali su “ligandski zatvoreni” i ovi se otvaraju i zatvaraju kada se ligand ili kemijski glasnik, poput neurotransmitera, veže na receptor na kanalu. Ionski kanali s naponom se otvaraju ili zatvaraju kada postoje promjene u električnoj razlici potencijala – ili naponu – oko kanala. Ova vrsta se najčešće nalazi u živčanim i mišićnim stanicama. Ionski kanali povezani s drugim glasnikom imaju svoju aktivnost moduliranu grupom proteina koji se nazivaju G-proteini. Mehanoosjetljivi kanali stimulirani su vanjskim mehaničkim podražajima, poput dodira i promjena osmotskog tlaka.
Osim što se aktiviraju vanjskim modulatorima, ionski kanali također mogu biti selektivni u pogledu toga koji ioni prolaze kroz kanal. Oblik, veličina i naboj iona mogu utjecati na to hoće li se kanal otvoriti ili zatvoriti i omogućiti kretanje preko stanične membrane. Uobičajeni primjeri ionsko specifičnih kanala uključuju kalijeve kanale, kloridne kanale, natrijeve kanale i kalcijeve kanale.