En la mayor parte el potencial a través de la membrana plasmática es, por lo general, constante. Sin embargo, en neuronas y células musculares el potencial de la membrana puede experimentar cambios controlados, lo que vuelve a estas células capaces de conducir una señal eléctrica. La estimulación de una neurona produce apertura de canales de Na+ de compuerta de voltaje en una pequeña región de la membrana, lo que produce la entrada de Na+ en la célula por ese sitio.

Por último, la abundancia excesiva de iones Na+ en el interior de la celula produce inversión del potencial en reposo (es decir, el interior se vuelve positivo en relación con el exterior), y se dice que la membrana está despolarizada. Esto da por resultado cierre de los canales de Na+ durante 1 a 2 ms, lo que se conoce como periodo refractario, en el cual los canales cerrados estan inactivos y no pueden abrirse. Durante este periodo se abren los canales de K+ de compuerta de voltaje, y permiten la salida de estos iones hacia el líquido extracelular con lo que, por último, se restaura el potencial de la membrana en reposo; sin embargo, puede ocurrir un periodo breve de hiperpolarización. Una vez restaurado el potencial en reposo los canales de K+ de compuerta de voltaje se cierran y termina el periodo refractario.

El ciclo de despolarización e hiperpolarización de la membrana y de retorno al potencial de la membrana en reposo se denomina potencial de acción, reacción del todo o nada que puede ocurrir a ritmos de 1000 impulsos/segundo. La despolarización de la membrana que ocurre al abrirse los canales de Na+ de compuerta de voltaje en un punto de un axón se extiende, de manera pasiva, a corta distancia y desencadena la apertura de los canales adyacentes lo que da por resultado generación de otro potencial de acción. De esta manera la onda de despolarización, o impulso se conduce a lo largo del axón. In vivo un impulso, se conduce solo en una dirección, desde el sitio de la despolarización inicial hasta la terminal del axón. La inactivación impide la propagación retrógrada de la onda de despolarización.

Sinapsis y transmisión del impulso nervioso

La sinapsis son los sitios en los que se transmiten los impulsos nervioso desde una célula presináptica (una neurona) hasta otra célula postsináptica (otra neurona, una celular muscular o una célula glandular). La sinapsis permiten, por tanto, que las neuronas se comuniquen entre sí y con las células efectoras. La transmisión de impulsos a nivel de la sinapsis es de tipo eléctrico o de tipo químico.

Aunque las sinapsis eléctricas son poco frecuentes en los mamíferos, se encuentran en tallo cerebral, retina y corteza cerebral. Las sinapsis eléctricas suelen estar representadas por uniones comunicantes o de intersicio que permiten el paso libre de iones desde una célula hacia otra. Cuando sucede así entre neuronas, el resultado sera un flujo de corriente. La transmisión de impulsos es mucho mas rápìda a través de las sinapsis eléctricas que a través de las sinapsis químicas.