Kalvopotentiaali on jännite, joka vallitsee solun kalvon poikki. Se tunnetaan myös transmembraanipotentiaalina, ja se on erityisen tärkeä hermosoluissa tai neuroneissa. Kalvopotentiaali johtuu kennon sisä- ja ulkopuolen välisestä sähköisestä potentiaalierosta. Kun neuroni on levossa, eli se ei laukaise hermoimpulssia, sen solukalvon sisäpuolella on negatiivinen varaus verrattuna solun ulkopuolelle. Tämä johtuu varautuneiden ionien eri pitoisuuksista heti kalvon sisällä ja ulkopuolella.
Kalvopotentiaalia syntyy, koska solukalvot eivät salli natrium- ja kaliumionien kulkea vapaasti sisään ja ulos soluista ja saavuttaa tasapainon. Sen sijaan erikoiskanavat, jotka tunnetaan ionikanavina, antavat kaliumionien liikkua solukalvon läpi vähentäen positiivista varausta solun sisällä. Kalvon ionipumput käyttävät energiaa pumpatakseen natriumioneja ulos solusta ja pumppaavat samalla kaliumia sisään. Jokaista kaliumioniparia varten, jotka nämä ioninsiirtimet siirtävät soluun, kolme natriumionia siirretään ulos, mikä aiheuttaa kokonaishäviön positiivinen varaus solusta. Negatiivisesti varautuneet proteiinimolekyylit solun sisällä estetään myös poistumasta.
Nämä tekijät yhdessä muodostavat negatiivisen varauksen solun sisällä suhteessa ulkopuolelle, mikä muodostaa kalvopotentiaalin. Potentiaali on vakio levossa, mutta muutokset hermosoluissa, kun impulsseja siirretään neuronista toiseen. Hermoimpulssien siirron aikana tapahtuu niin kutsuttu toimintapotentiaali, jossa solukalvo käy läpi prosessin, jota kutsutaan depolarisaatioksi. Aktiopotentiaalin jälkeen kalvopotentiaali palaa normaaliin lepotilaan, joka normaalisti mitataan -70 millivoltin erona kalvon sisä- ja ulkopuolen välillä.
Toimintapotentiaali alkaa, kun hermoärsyke saapuu soluun ja avaa erityiset natriumkanavat solukalvossa. Positiivisesti varautuneet natriumionit kulkeutuvat soluun, ja kalvopotentiaali muuttuu ja muuttuu vähemmän negatiiviseksi. Kun toimintakynnykseksi kutsuttu piste saavutetaan, paljon enemmän natriumkanavia avautuu ja solukalvon sisäpuolella on positiivinen varaus, päinvastoin kuin normaalisti.
Aktiopotentiaalin huipun ympärillä kaliumkanavat avautuvat ja kalium tulvii ulos solusta. Tämä tekee solun sisäpuolelta negatiivisemman niin, että kalvo repolarisoituu. Myös natriumkanavat sulkeutuvat tähän aikaan. Yleensä repolarisaatio ylittää ja palaa vähitellen normaaliin lepokalvopotentiaaliin. Tämä kalvopotentiaalin kääntämisprosessi toimintapotentiaalin luomiseksi mahdollistaa impulssien siirtämisen hermoja pitkin.