Hermosoluilla on negatiivinen sähkövaraus plasmakalvojensa yli, mikä tunnetaan lepopotentiaalina. Plasmakalvo on ohut rajakerros, joka sulkee hermosolun, ja lepopotentiaali on olemassa, koska solun sisäpuoli on negatiivisesti varautunut ulkoiseen verrattuna. Kun hermovälittäjä, kemikaali, joka kuljettaa signaaleja hermosolujen välillä, saapuu kalvoon tai kalvo häiriintyy mekaanisesti, kalvon poikki kulkeva varaus muuttuu positiivisemmaksi. Tätä muutosta kutsutaan depolarisaatioksi, ja jos se saavuttaa tietyn tason, tuloksena on toimintapotentiaali, jossa sähköinen impulssi välittyy hermoa pitkin. Aktiopotentiaalin jälkeen kalvo repolarisoituu, varautuu jälleen negatiivisesti ja palauttaa lepopotentiaalin.
Hermosolukalvojen lepopotentiaali syntyy positiivisesti varautuneiden natriumionien ja kaliumionien epätasaisista pitoisuuksista kalvon kummallakin puolella. Solun sisällä on enemmän kaliumia ja solun ulkopuolella enemmän natriumia. Syynä tähän on solukalvossa oleva natrium-kalium-pumppu, joka siirtää aktiivisesti natriumia solusta ja kaliumia soluun.
Kalvossa on kanavia, joiden läpi natrium- ja kaliumionit voivat kulkea, mutta kun kalvo on levossa, natriumkanavat ovat kiinni ja vain osa kaliumkanavista on auki. Natrium -ionit pakotetaan jäämään solun ulkopuolelle, kun taas jotkut kalium -ionit pakenevat solusta liittymään niihin avoimien kanavien kautta. Tuloksena on, että enemmän positiivisesti varautuneita ioneja päätyy solun ulkopuolelle kuin sisälle, ja tämä luo negatiivisen varauksen kalvon poikki, joka tunnetaan lepopotentiaalina, mikä on tarpeen neuronien depolarisaation tapahtuessa.
Jotta toimintapotentiaali voisi tapahtua, hermosolua on ensin stimuloitava venyttämällä tai välittäjäaineen saapuessa. Tällöin tapahtuu depolarisaatiovaikutus, koska natriumkanavat avautuvat ja päästävät natriumia soluun, mikä lisää positiivisesti varautuneiden ionien lukumäärää sisällä ja tekee kalvosta tulevan sähköisen potentiaalin positiivisemmaksi. Kun depolarisaatio saavuttaa kynnystason, monet natriumkanavat avautuvat kerralla ja tapahtuu toimintapotentiaali, jossa täydellinen kalvon depolarisaatio tapahtuu yhtäkkiä, ja depolarisaatio kulkee myös hermosolua pitkin aallossa.
Depolarisaation jälkeen repolarisaatio tapahtuu lyhyen ajan kuluttua, joka tunnetaan tulenkestävänä ajanjaksona. Tänä aikana soluun kohdistetut muut ärsykkeet eivät vaikuta. Tulenkestävä jakso kestää vain murto -sekunnin, jolloin hermo voi syttyä monta kertaa yhden sekunnin sisällä. Repolarisaatiossa kaliumionit liikkuvat ensin solusta, ennen kuin natrium pumpataan aktiivisesti ulos. Kun kalvopotentiaali on saavuttanut tarvittavan negatiivisen varauksen, lepopotentiaali saavutetaan ja hermo on valmis ampumaan uudelleen.