Hyperpolarisaatio tapahtuu, kun solukalvon kahden puolen välinen sähköpotentiaalin ero muuttuu merkittävästi, mikä johtaa suureen sähköpotentiaaliin kalvon poikki. Erityisesti kalvon poikki tulevan sähköisen potentiaalin arvo muuttuu negatiivisemmaksi, mikä tarkoittaa, että solun kalvon sisäpuolella oleva varaus on negatiivisempi kuin kalvon ulkopuolella oleva varaus. Tätä prosessia havaitaan yleisesti neurotieteessä, kun neuronit aktivoituvat prosesseilla, joihin liittyy muutoksia sähköpotentiaalissa. Hyperpolarisaation vastakohta on depolarisaatio, jossa solun potentiaali muuttuu positiivisemmaksi, mikä tarkoittaa, että solukalvon sisällä on huomattavasti vähemmän negatiivista varausta.
Sähkökemialliset prosessit ovat yleensä vastuussa hyperpolarisaation esiintymisestä solukalvojen läpi. Eri kemikaalien pitoisuudet kalvon eri puolilla voivat aiheuttaa sähköpotentiaalin kehittymisen kalvon poikki. Yleensä, kun sähköpotentiaali saavuttaa tietyn pisteen, käynnistetään jokin biologinen prosessi, kuten neuronin ampuminen. Tämän jälkeen kalvo pyrkii palaamaan lepopotentiaaliinsa tai sähköpotentiaaliinsa ennen kuin mikään ärsyke aiheutti sähkökemiallisen tapahtuman. Neuroneissa tämä prosessi tapahtuu jatkuvasti; ärsykkeet aiheuttavat polarisaatiota kalvon yli, ja kun tämän polarisaation aste ylittää tietyn kynnyksen, neuroni laukaisee ja palaa lepopotentiaaliinsa.
Neuroni ei laukaise, ennen kuin sen sähköpotentiaali ylittää tietyn kynnyksen. Kun kynnys saavutetaan, sähköpotentiaali kasvaa rajusti, jolloin neuroni voi lähettää sähköisen signaalin muihin kehon osiin. Hyperpolarisaatio tapahtuu tämän potentiaalipiikin jälkeen; sähkökemiallinen potentiaali muuttuu hetkeksi negatiiviseksi ja laskee lepopotentiaalin alle, ennen kuin se palaa lepopotentiaaliin. Yleensä tämä hyperpolarisaation vaihe kestää vain lyhyen sekunnin murto -osan.
Hyperpolarisaatio ja sähköpotentiaalit kalvojen poikki yleensä sisältävät elektronien siirtymisen ioneina. Ioni on atomi, jolla on joko positiivinen tai negatiivinen varaus. Kalium- ja kloori -ionit ovat yleisesti mukana sähkökemiallisissa mahdollisuuksissa; niiden suhteelliset pitoisuudet määräävät sähkökemiallisen solupotentiaalin suuruuden. Lepovaiheessa kalium sijaitsee solukalvon sisällä; ärsykkeen vaikutuksesta kalium syöksyy ulos ja negatiiviset kloori -ionit virtaavat soluun kalvon läpi. Joskus natrium- ja kalsiumionit aiheuttavat myös sähkökemiallisia solupotentiaaleja solukalvojen läpi.