Neuronen übertragen elektrische Impulse, indem sie als Reaktion auf Reize geladene Ionen durch ihre Membranen passieren lassen, wodurch die Ladung des Neurons in einem Prozess verändert wird, der sich durch das Axon des Neurons ausbreitet. Normalerweise sind Neuronen eine interne negative Ladung relativ zu ihrer Umgebung aufrechterhalten, indem Natriumionen aus ihrem Zytoplasma ausgeschlossen werden. Bei Aktivierung öffnen sich Natriumkanäle, sodass Natriumionen eindringen und die Ladung neutralisieren können.
Die Membran eines Neurons ist etwas durchlässig für Kaliumionen, weniger durchlässig für Chloridionen und viel weniger durchlässig für Natriumionen. Jede dieser Substanzen passiert während der Diffusion die Membran, aber Natrium tut dies nur langsam, und Neuronen verwenden aktiven Transport, um Natrium herauszupumpen. Da es nur langsam zurück in die Zelle diffundiert, entsteht außerhalb der Zelle eine Überkonzentration an Natriumionen und damit eine größere positive Nettoladung.
Sobald das Neuron stimuliert wird, beginnen Natriumionen einzudringen. Wenn die Veränderung groß genug ist, löst sie eine Veränderung in der Zelle aus, in der sich alle Kanäle für Natrium öffnen, wodurch eine Diffusion stattfinden kann und das Innere des Neurons mit seiner Umgebung. Während dies anfänglich nur in einem Teil der Zelle auftritt, stimuliert die Änderung in einem Teil die benachbarten Teile, wodurch sich die Änderung der elektrischen Ladung durch die Zelle ausbreitet.
