细胞受到刺激时，膜上大量钠通道被激活，Na⁺大量内流，使膜内原有的负电位迅速减小，并消失，产生动作电位上升支（去极化）。膜内正电位对Na⁺的继续内流形成电场阻力，当Na⁺内流的化学驱动力和电场阻力达到平衡时，Na⁺净内流停止。此时动作电位的幅值，即为Na⁺内流的电-化学平衡电位。钠通道开放的时间很短，随后失活关闭。这时膜上钾通道开放，膜对K⁺顺浓度差和电位差向细胞膜外扩散，细胞膜内电位迅速下降，产生动作电位下降支（复极化）。
动作电位有以下特点：
①“全或无”现象；
②不衰减传导；
③脉冲式；动作电位是可兴奋细胞兴奋的共同标志。