（一）细胞的动作电位
当神经或肌肉细胞受到刺激发生兴奋时，细胞膜在静息电位的基础上发生一次迅速而短暂的可向周围扩布的电位波动，称为动作电位（action potential）。例如，当神经纤维在安静情况下受到一次足够强度的刺激时，膜内的负电位迅速减小，原有的极化状态去除（即除极depolarization），并变成正电位，即膜内电位在短时间内可由原来的-70～-90mV变为＋20～＋40mV，原来的内负外正变为内正外负。这样整个膜内电位变化的幅度为90～130mV。动作电位变化曲线的上升支，称为除极相。动作电位上升支中零电位以上的部分，称为超射值。但是，由刺激所引起的这种膜内电位的倒转只是暂时的，很快就出现膜内电位下降并恢复到刺激前原有的负电位或极化状态（即复极repolarization），构成了动作电位的下降支，称为复极相（图3-7）。由此可见，动作电位是细胞膜受到刺激后在原有的静息电位基础上发生的一次膜两侧的快速而可逆的倒转和复原。在神经纤维，它一般在0．5～2．0ms间完成，因此动作电位的曲线呈尖锋状，故称为锋电位。
（二）动作电位的离子机制
在细胞静息时，细胞膜外Na＋浓度大于膜内，Na＋有向膜内扩散的趋势，而且静息时膜内外的电场力也吸引Na＋向膜内移动；但是，由于静息时膜上的Na＋通道多数处于关闭状态，膜对Na＋相对不通透，因此Na＋不可能大量内流。当细胞受到一个足够强度的刺激时，电压门控式Na＋通道开放，此时膜对Na＋的通透性突然增大，并且超过了膜对K＋的通透性，Na＋迅速大量内流，以至膜内负电位因正电荷的增加而迅速消失；由于膜外高Na＋所形成的浓度势能，使得Na＋在膜内负电位减小到零电位时仍可继续内移，进而出现正电位，直到膜内正电位增大到足以阻止由浓度差所引起的Na＋内流时为止，此时膜两侧的电位差称为Na＋的平衡电位。根据Nernst公式计算出Na＋平衡电位的数值，与实际测得的动作电位的超射值相接近。
然而，膜内电位并不停留在正电位状态，而是很快出现动作电位的复极相，这是因为Na＋通道开放的时间很短，它很快就进入失活状态，从而使膜对Na＋通透性变小。与此同时，电压门控式K＋通道开放，膜内K＋在浓度差和电位差的推动下又向膜外扩散，膜内电位由正值向负值发展，直至恢复到静息电位水平。
简而言之，动作电位的除极相主要是由于Na＋大量、快速内流所引起；动作电位的复极相主要是由于K＋外流形成。无论是除极时的Na＋内流还是复极时的K＋外流，此时的离子跨膜移动都是不耗能的易化扩散。细胞每兴奋一次或每产生一次动作电位，细胞内Na＋浓度的增加及细胞外K＋浓度的增加都是十分微小的变化，但是足以激活细胞膜上的钠泵，使钠泵加速运转，逆浓度差将细胞内的Na＋主动转运至细胞外，将细胞外的K＋主动转运入细胞内，从而使细胞内外的Na＋、K＋离子分布恢复到原先的静息水平。
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