动作电位是指膜受到刺激后在原有静息电位的基础上发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转和复原。由锋电位和后电位两部分构成。锋电位是构成动作电位的主要部分，它是一个电位变化迅速并形如尖锋的电位波动，由上升支（去极相）和下降支（复极相）两部分组成。后电位是锋电位在其完全恢复到静息电位水平之前所经历的一些微小而较缓慢的波动，包括负后电位和正后电位。由于后电位与兴奋后的恢复过程有密切关系，但在说明细胞兴奋的产生和传播上的意义不大，因此常以锋电位来代表动作电位。当加于细胞膜的刺激达到阈值时，膜部分去极化达阈电位水平，被激活的Na+通道开放（开放数目达临界值），Na+由于本来存在着的浓度势能差以及静息时外正内负的电势能差，引起Na+迅速内流。钠内流造成的去极化通过正反馈作用又进一步促进Na+通道开放，形成大量内流的再生性钠流，导致膜内正电位急剧上升，造成了锋电位陡峭的上升支。当膜内正电位增大到足以对抗由浓度势能所致的Na+内流时，于是跨膜离子转运和跨膜电位达到了一个新的平衡点，此时的膜内正电位值（即超射值）基本上相当于Na+的平衡电位。达超射值后，由于Na+通道的迅速失活以及K+通透性的增大，致使Na+内流停止，而膜内K+因电-化学势差的作用而向膜外扩散，使膜内电位由正值向负值转变，直至恢复到静息电位水平，造成了锋电位的下降支。
简言之，锋电位上升支是膜外Na+快速内流的结果；而下降支则是膜内K+外流的结果。细胞每兴奋一次，就有一定量的Na+在去极时进入膜内（使膜内Na+浓度增大约八万分之一），一定量的K+在复极时逸出膜外（类似Na+的数量级）。在每次兴奋的静息期内，膜上的钠-钾泵将进入膜内的Na+泵出，将逸出膜外的K+泵入，使膜两侧的离子分布状态恢复至兴奋前的水平，以便细胞接受新的刺激。
