Las células nerviosas tienen una carga eléctrica negativa a través de sus membranas plasmáticas, conocida como potencial de reposo. La membrana plasmática es una capa límite delgada que encierra la célula nerviosa, y el potencial de reposo existe porque el interior de la célula está cargado negativamente en comparación con el exterior. Cuando un neurotransmisor, una sustancia química que transporta señales entre las células nerviosas, llega a la membrana o la membrana se altera mecánicamente, la carga a través de la membrana cambia y se vuelve más positiva. Este cambio se conoce como despolarización y, si alcanza un cierto nivel, se produce lo que se llama un potencial de acción, donde se transmite un impulso eléctrico a lo largo del nervio. Después de un potencial de acción, la membrana se repolariza, volviéndose a cargar negativamente y restaurando el potencial de reposo.
El potencial de reposo de las membranas de las células nerviosas se crea mediante concentraciones desiguales de iones de sodio e iones de potasio con carga positiva en cada lado de la membrana. Hay más potasio dentro de la célula y más sodio fuera de la célula. La razón de esto es una bomba de sodio-potasio situada en la membrana celular, que mueve activamente el sodio fuera de la célula y el potasio hacia la célula.
Hay canales en la membrana a través de los cuales pueden viajar los iones de sodio y potasio, pero cuando la membrana está en reposo, los canales de sodio están cerrados y solo algunos de los canales de potasio están abiertos. Los iones de sodio se ven obligados a permanecer fuera de la célula, mientras que algunos iones de potasio escapan de la célula para unirse a ellos a través de los canales abiertos. El resultado neto es que terminan más iones cargados positivamente fuera de la célula que dentro, y esto crea la carga negativa a través de la membrana, conocida como potencial de reposo, que es necesaria para que se produzca la despolarización de las neuronas.
Para que se produzca un potencial de acción, primero se debe estimular la célula nerviosa estirándola o mediante la llegada de un neurotransmisor. Entonces se produce un efecto despolarizante porque los canales de sodio se abren y permiten que el sodio ingrese a la célula, lo que aumenta la cantidad de iones cargados positivamente en el interior y hace que el potencial eléctrico a través de la membrana sea más positivo. Una vez que la despolarización alcanza un nivel umbral, muchos canales de sodio se abren a la vez y se produce un potencial de acción, en el que se produce repentinamente la despolarización completa de la membrana y la despolarización también pasa a lo largo de la célula nerviosa en una onda.
Después de la despolarización, la repolarización ocurre después de un breve intervalo conocido como período refractario. Durante ese período, cualquier estímulo adicional aplicado a la célula no tiene ningún efecto. El período refractario dura solo una fracción de segundo, lo que permite que un nervio se dispare muchas veces en el espacio de un segundo. La repolarización implica que los iones de potasio se muevan primero fuera de la célula, antes de que el sodio se bombee activamente. Una vez que el potencial de membrana ha alcanzado la carga negativa necesaria, se logra el potencial de reposo y el nervio está listo para disparar nuevamente.