Die Aktionspotentialleitung ist der Prozess, wie der Spannungsgradient oder die Differenz der elektrischen Ladung in einer Zelle an andere oder durch eine Nervenzelle weitergegeben wird. Die Ladung außerhalb einer Zellmembran ist typischerweise negativ, während sie im Inneren positiv ist. Bei Nervenzellen oder Neuronen ermöglichen Proteine, die positiv geladene Partikel, sogenannte Ionen, durch die Membran leiten, normalerweise Änderungen des Aktionspotentials. Änderungen im Fluss dieser Partikel können den Ladungsunterschied erhöhen oder verringern und steuern normalerweise, ob Signale geleitet werden oder nicht. Die Leitung wird normalerweise durch den Fluss von Ionen geleitet, die normalerweise über eine bestimmte Strecke ein Axon hinunter erfolgen, bevor sie die Zellmembran passieren.
Im Nervensystem haben einige Zellen relativ kurze Axone, während andere über längere Strecken verlängert werden. Die Aktionspotentialleitung wird auch durch den Axondurchmesser beeinflusst. Wenn es breiter ist, können mehr Ionen das Axon passieren und mehr Strom leiten. Der Leitungsabstand ist jedoch bei Neuronen mit größerem Durchmesser normalerweise kürzer.
Die Depolarisation von Zellmembranen wird durch die Aktionspotentialleitung verbreitet. Nervenzellen durchlaufen typischerweise auch eine als Refraktärzeit bezeichnete Ruhephase, in der sich die Kanäle für geladene Teilchen nicht öffnen. Elektrische Signale können daher in einer Richtung vom Zellkörper zum Ende des Axons gelangen; dies kann auch steuern, wie oft ein Neuron in einer bestimmten Zeit feuern kann.
Die Aktionspotentialleitung wird oft durch Myelinschichten unterstützt, die im Allgemeinen aus Schichten von Gliazellen bestehen. Myelinbedeckte Zellen können Nervenimpulse weiter leiten, da die Ionen die Beschichtung nicht durchdringen können. Knoten zwischen den Gliazellen bilden Brüche in einer Myelinscheide, durch die Hormone und Ionenkanäle passieren können. Die Übertragung des Aktionspotentials erfolgt typischerweise sehr schnell zwischen diesen Knoten, ohne dass die Signalstärke verloren geht. Wenn das Myelin abgebaut wird, kann die Weiterleitung von Aktionspotentialen entlang der Nervenfasern unterbrochen werden, was manchmal zu Erkrankungen wie Multipler Sklerose (MS) führt, bei denen Körperfunktionen durch einen Mangel an Nervensignalen beeinträchtigt werden.
Durch Zellen fließen normalerweise Ströme, da Ladung und elektrisches Potenzial je nach Standort unterschiedlich sind. Die Aktionspotentialleitung ermöglicht im Allgemeinen, dass Ströme entlang der gesamten Länge eines Axons auf der Innenseite der Membran fließen. Wenn Ströme über die Membran, zum Beispiel in Muskelzellen, durchdringen, bewirkt der Ladungsunterschied normalerweise einen Fluss in die entgegengesetzte Richtung nach außen. Elektrisches Potenzial und Impulsgeschwindigkeit können mit mathematischen Gleichungen berechnet werden, die die Intensität des Aktionspotenzials sowie die physikalische Entfernung berücksichtigen.