Toimintapotentiaali on joidenkin eläimissä ja kasveissa olevien solujen suhteellisen varauksen muutos kalvon läpi. Soluja, joihin kohdistuu toimintapotentiaalia, kutsutaan herätettäviksi soluiksi, ja niihin kuuluvat hermosolut, lihassolut ja endokriinisen järjestelmän – tai hormonin tuottavan järjestelmän – solut. Aktiopotentiaalin luominen on prosessi, joka aiheuttaa muutoksen kalvon poikki kulkevassa varauksessa.
Toimintapotentiaalin luomiseen liittyy neljä perusvaihetta. Kun toimintapotentiaalia ei esiinny, solun sanotaan olevan lepovaiheessa. Hermosolussa suhteellinen varaus solun sisällä on tässä vaiheessa noin -70 milliVolttia (mV). Solun lepopotentiaalia ylläpitävät varautuneet ionit, jotka löytyvät solusta ja sen ympäriltä. Hermosoluille löytyy positiivisesti varautuneita kaliumioneja solukalvon kanssa, kun taas positiivisesti varautuneita natriumioneja ja negatiivisesti varautuneita kloridi -ioneja löytyy solun ulkopuolelta.
Ionisoluja ja -pumppuja ohjataan solussa ja sen ulkopuolella olevien ionien tasoja. Hermosolujen lepovaiheen aikana kaliumionit pumpataan soluun ja natriumionit pumpataan ulos. Näiden ionien konsentraatio suhteessa toisiinsa aiheuttaa kalvon läpi kulkevan varauksen. Tällä hetkellä solun sanotaan olevan polarisoitunut.
Jotta toimintapotentiaali voidaan laukaista, varaus solussa on käännettävä. Kun soluun kohdistetaan ärsykettä, se voi aiheuttaa depolarisaation. Toimintapotentiaalin luominen tarvitsee virikkeitä, jotka täyttävät tai ylittävät tietyn kynnystason. Jos kynnystä ei saavuteta, toimintapotentiaalia ei synny. Toimintapotentiaalin koko on sama riippumatta siitä, onko kynnys saavutettu vai ylitetty, joten toimintapotentiaalin luomista kutsutaan “kaikki tai ei tapahtumaksi”.
Depolarisaation aikana ionikanavat avautuvat niin, että natriumionit syöksyvät soluun. Tämä saa solut suorittamaan käänteisen varauksen. Hermosoluille toimintapotentiaalin muodostumisen kynnys on +40 mV. Tämä tapahtuu alle kahdessa millisekunnissa eli kahdessa tuhannesosassa. Heti kun toimintapotentiaali on syntynyt, solukalvon kyseisen alueen repolarisaatio alkaa.
Kun toimintapotentiaali on lauennut jossakin näistä solutyypeistä, sen sanotaan leviävän itsestään. Tämä tarkoittaa, että kalvon yhden alueen toimintapotentiaali stimuloi soluja aloittamaan toimintapotentiaalin muodostumisprosessin kalvon viereisessä osassa. Tämän seurauksena toimintapotentiaali liikkuu pitkin solua.