的神经膜
以上概述的原则可以应用于神经元还有它的离子含量。
的等离子体膜神经元的半透性高渗透到K+对Cl略有渗透性−和钠+．在细胞外液，电中性被保持在高浓度Na之间的平衡+一方面是高浓度的Cl−另一方面，还有少量不渗透的阴离子，如碳酸氢盐、磷酸盐和硫酸盐。在细胞质，其中K+浓度高，Cl的浓度−远低于平衡正电荷总和所需要的能量。电中性是由带负电荷的不渗透物维持的蛋白质而且磷酸盐．细胞外液和细胞质之间的渗透平衡是通过水通过质膜的运动来维持的，当颗粒的总浓度在一边不等于另一边时。
这三个特征的神经元半渗透性膜，渗透平衡，和电中性在每一边创造了一个平衡当膜的内部比外部负得多时的电势。在大多数神经元中，这种电位被称为膜电位，介于- 60和- 75毫伏(mV;或者千分之一a伏特；负号表示内表面是负的)。当质膜内部与外部相比具有负电荷时，神经元被称为极化。任何膜电位的变化，使内部的负电荷更大，都被称为超极化，而任何倾向于使其不那么消极的变化都被称为去极化．
如上所述，能斯特电势是存在于膜上的电位差离子，在向浓度梯度扩散的倾向和被其他离子拉回的倾向之间达到了平衡，处于无净通量的状态。神经元的质膜对K具有高度的渗透性+，事实上，记录的大多数神经元的膜电位(- 60到- 75 mV)接近于Nernst方程对K的预测+．然而，它并不完全相同，因为K+并不是唯一影响膜电位的离子。膜对钠也有一定的渗透性+和Cl−．钠的渗透性+可能是低的，但高浓度的这种阳离子在细胞外和略负电荷细胞内部倾向于驱使Na+向内。这反过来导致细胞内部去极化，放置K+的平衡．因此，K+离开细胞，直到达到向内泄漏钠的平衡状态+等于K+没有离子的净通量。也有Cl的倾向−因为离子在神经元外的浓度比在神经元内的浓度高。因此，要产生平衡态，所有三个净电流的和必须等于零。
考虑到三者的浓度离子以及膜对每个离子的相对渗透性，研究人员可以计算K+, Na+和Cl−用所谓的常场方程来研究膜电位。该方程将相对渗透性作为一个重要因素，考虑到膜对特定离子的渗透性越强，该离子对膜电位的影响越大的现象。Na的渗透性+，例如，只是K的一个零头+， Cl的渗透性−更低;因此，膜电位对K浓度的变化高度敏感+，受Na变化的影响较小+而且几乎不受Cl变化的影响−．
神经元中的传递
上述讨论表明，神经元中存在的电势是基于离子在质膜上的分布，这种分布是通过膜的渗透来实现的。事实上，离子几乎总是以离子-水复合物的形式水化，很难穿透质膜的疏水脂双分子层。渗透实际上是通过蛋白质结构发生的嵌入式在脂质双分子层中，横跨从细胞质到细胞外液的膜。这些结构，有时把离子从一边泵到另一边，有时只是提供通道，让扩散的离子流过脂质分子，维持离子分布，使膜极化，它们也允许分布的突然变化，造成神经冲动。蛋白质的结构在本节中有详细的描述离子传输．下面是电事件的讨论，由离子的运动产生，导致神经元中的神经传输。
静态电位
通过将一个微电极置于神经元内(通常在体细胞内)，将第二个微电极置于细胞外液中，可以测量穿过神经膜的电势。微电极由尖尖的玻璃毛细管组成，管内充有导电溶液。在穿透神经元时，电极尖端的电位相对于电极外部变为负电。如上所述，并显示在,价值这个负电荷通常在- 60到- 75 mV之间。这是神经元在休息时的膜电位(即，当它不产生神经冲动时)，因此它被称为静息电位。
静息电位由钠钾泵，稳定地释放更多的正电荷(即Na+)比它允许进入的细胞少，并且K的渗透率相对较高+它比钠离子更快地通过细胞膜通道流出细胞+泄漏。
本地化的潜力
当有物理刺激时，如触摸，味道，或颜色，作用于感官受体细胞被专门设计来对刺激做出反应，然后刺激的能量(例如，机械，化学，光)被转导或转化为电反应。这个响应被称为受体潜在，这是一种局部电位，当它达到足够高的振幅时，就会产生神经冲动。(另一种类型的局部电位是突触后电位它起源于突触上的化学受体裂．看到一节突触传递:化学传递．)
感觉感受器通过激活将刺激转化为电反应离子通道在细胞膜上。例如，在神经元的拉伸感受器上肌肉细胞，肌肉的拉伸动作被认为是对蛋白质丝的机械应力细胞骨架这反过来又改变了离子通道的形状，诱导它们打开，并允许阳离子扩散到细胞中。另一方面，受体细胞对化学和光能敏感，激活离子通道通过第二信使系统。在这个系统中，刺激细胞膜表面的受体分子催化细胞质内的一系列酶促反应;这些反应反过来释放能量，激活离子通道。
通过允许通量Na的+进入细胞后，离子通道的开口使细胞膜稍微去极化。细胞膜去极化的程度取决于钠通道被激活的程度，而这反过来又取决于受体上原始刺激的强度和持续时间。如果去极化达到所谓的阈电位，触发神经冲动，或者动作电位见下文．如果它没有达到这个振幅，那么神经元就会保持静止，而局部电位，通过一个叫做被动的蔓延，沿着扩散神经纤维然后穿过细胞膜。