Toimintapotentiaalin repolarisaatio on yksi vaiheista, jotka tapahtuvat hermoimpulssin lähettämisen yhteydessä. Hermoimpulssit ovat sähkökemiallisia viestejä, jotka lähetetään neuronin tai hermosolun pituudelta dendriiteistä aksonin terminaalisiin silmuihin. Sanomien sanotaan lähettävän sähkökemiallisesti, koska kehossa olevat kemikaalit saavat sähköisen signaalin liikkumaan hermosolun läpi. Neuronin vaiheet ovat lepo, toimintapotentiaalin depolarisaatio ja toimintapotentiaalin repolarisaatio.
Hermossa sähköisesti varautuneilla ioneilla on päärooli hermoimpulssin lähettämisessä. Erityisesti asiaan liittyvät ionit ovat natrium, kalium, kloridi ja kalsium. Sekä natriumin että kaliumin positiivinen varaus on +1, kun taas kalsiumin varaus on +2. Kloridi-ionit ovat negatiivisesti varautuneita (-1).
Kun neuroni lepää tai hermoimpulssia ei lähetetä, solukalvo ohjaa, mitä ioneja solussa on ja mitkä pidetään sen ulkopuolella. Tämän seurauksena neuronin sisäpuolella on negatiivinen varaus verrattuna sitä ympäröivään alueeseen. Kalvon sisällä olevat ionikanavat ja pumput torjuvat ionien diffuusion vaikutuksia ylläpitääkseen noin -70 millivoltin (mV) lepopotentiaalin.
Jotta hermoimpulssi lähetettäisiin, toimintapotentiaalin on tapahduttava neuronin sisällä. Neuronin depolarisaatio on välttämätön, jotta toimintapotentiaali voidaan lähettää hermosolua pitkin. Tämä tarkoittaa, että neuronien solukalvon läpi tapahtuu ionien vaihto, joka johtuu jonkinlaisesta stimulaatiosta. Kun hermosolua stimuloidaan, kalvon sisällä olevat natriumkanavat avautuvat, mikä sallii natriumionien tunkeutua hermosoluun. Kun enemmän natriumioneja tulee neuroniin, solun sisäpuolelta tulee yhä positiivisempi verrattuna sen ulkopuolelle.
Toimintapotentiaalin lähettämiseksi on saavutettava vähintään -55 mV kynnys. Jos kynnystä ei saavuteta, toimintapotentiaalia tai hermoimpulssia ei lähetetä. Kun kynnys saavutetaan, suurin osa natriumionikanavista avautuu niin, että varaus solussa saavuttaa +30 mV. Tämä piikki on toimintapotentiaali, joka on sähköinen impulssi, joka kulkee hermosolun pituuden. Aktiopotentiaali stimuloi hermosolun seuraavaa osaa, kun taas edellinen osa alkaa käydä toimintapotentiaalin repolarisaatiota.
Toimintapotentiaalin repolarisaation aikana neuronin suhteellinen varaus palautetaan lepotilaan. Kun +30 mV saavutetaan, kaliumkanavat alkavat avautua ja natriumkanavat sulkeutuvat. Kun kaliumkanavat avautuvat, kalium ryntää ulos solusta yrittääkseen tasapainottaa varauksia kalvon kummallakin puolella. Kaliumkanavat pysyvät auki, kunnes lepopotentiaali -70 mV saavutetaan.