Hyperpolarisation tritt auf, wenn sich die Differenz des elektrischen Potenzials zwischen zwei Seiten einer Zellmembran signifikant ändert, was zu einem großen elektrischen Potenzial über die Membran führt. Insbesondere wird der Wert des elektrischen Potentials über der Membran negativer, was bedeutet, dass die Ladung auf der Innenseite der Zellmembran negativer ist als die Ladung auf der Außenseite der Membran. Dieser Prozess wird häufig in den Neurowissenschaften beobachtet, da Neuronen durch Prozesse aktiviert werden, die Änderungen des elektrischen Potenzials beinhalten. Das Gegenteil von Hyperpolarisation ist die Depolarisation, bei der das Potenzial einer Zelle positiver wird, was bedeutet, dass die Zellmembran deutlich weniger negativ geladen ist.
Elektrochemische Prozesse sind im Allgemeinen für das Auftreten von Hyperpolarisation über Zellmembranen verantwortlich. Die Konzentrationen verschiedener Chemikalien auf verschiedenen Seiten einer Membran können dazu führen, dass sich über der Membran ein elektrisches Potenzial entwickelt. Wenn das elektrische Potenzial einen bestimmten Punkt erreicht, wird im Allgemeinen ein biologischer Prozess eingeleitet, beispielsweise das Feuern eines Neurons. Nach diesem Punkt neigt die Membran dazu, zu ihrem Ruhepotential oder dem elektrischen Potential zurückzukehren, bevor irgendwelche Reize das elektrochemische Ereignis verursachten. In Neuronen läuft dieser Prozess kontinuierlich ab; Reize verursachen eine Polarisation über einer Membran, und wenn der Grad dieser Polarisation eine bestimmte Schwelle überschreitet, feuert das Neuron und kehrt zu seinem Ruhepotential zurück.
Ein Neuron wird nicht feuern, bis sein elektrisches Potenzial eine bestimmte Schwelle überschreitet. Beim Erreichen der Schwelle steigt das elektrische Potenzial drastisch an, wodurch das Neuron ein elektrisches Signal an andere Körperteile senden kann. Nach dieser Potentialspitze tritt eine Hyperpolarisation auf; das elektrochemische Potential wird kurzzeitig negativ und fällt unter das Ruhepotential, bevor es zum Ruhepotential zurückkehrt. Normalerweise dauert diese Phase der Hyperpolarisation nur einen kurzen Bruchteil einer Sekunde.
Hyperpolarisation und elektrische Potentiale über Membranen im Allgemeinen beinhalten die Übertragung von Elektronen in Ionen. Ein Ion ist ein Atom, das entweder eine positive oder eine negative Ladung hat. Kalium- und Chlorionen sind gewöhnlich an elektrochemischen Potentialen beteiligt; ihre relativen Konzentrationen bestimmen die Größe des elektrochemischen Zellpotentials. Im Ruhestadium liegt Kalium innerhalb der Zellmembran; bei Einwirkung eines Reizes strömt das Kalium heraus und negative Chlorionen strömen durch die Membran in die Zelle. Gelegentlich verursachen Natrium- und Calciumionen auch elektrochemische Zellpotentiale über Zellmembranen.