vignette|Le déplacement d'un potentiel d'action le long d'un axone, modifie la polarité de la membrane cellulaire. Les canaux ioniques sodium Na+ et potassium K+ voltage-dépendants s'ouvrent puis se ferment quand la membrane atteint le potentiel seuil, en réponse à un signal en provenance d'un autre neurone. À l'initiation du potentiel d'action, le canal Na+ s'ouvre et le Na+ extracellulaire rentre dans l'axone, provoquant une dépolarisation. Ensuite la repolarisation se produit lorsque le canal K+ s'ouvre et le K+ intracellulaire sort de l'axone. Cela crée une modification de polarité entre l’extérieur et l’intérieur de la cellule. L'influx se déplace le long de l'axone dans une seule direction, vers la terminaison axonale où il y a relais avec d'autres neurones. Le potentiel d'action, autrefois et encore parfois appelé influx nerveux, est un événement court durant lequel le potentiel électrique d'une cellule (notamment les neurones, mais aussi d'autres cellules excitables telles que les cellules musculaires, les cellules endocrines ou les cellules végétales des tubes criblés du phloème) augmente puis chute rapidement. La membrane plasmique présente une perméabilité sélective (voir perméase), modulable par différents facteurs comme son degré de polarisation ou par des neurotransmetteurs, à l'égard de différents ions (en particulier, sodium Na+, potassium K+, chlore Cl− et calcium Ca2+). La différence de concentration ionique résultante détermine la valeur locale du potentiel transmembranaire. Au repos, il existe un potentiel transmembranaire d'environ : c'est le potentiel de repos. Étant donné que la membrane mesure d'épaisseur, cela correspond à un champ électrique de dix millions de volts par mètre. Le potentiel d'action, est défini comme étant une inversion, non généralisée mais locale, de la polarité membranaire qui a la propriété de se propager suivant un sens unidirectionnel. De ce fait, chaque potentiel d'action comprend une phase de dépolarisation membranaire suivie immédiatement d'une phase de repolarisation membranaire.