““ 细胞膜内外电荷或电压的相对差称为膜电位。这是由于膜对各种离子的渗透性不同以及这些离子在膜上的浓度不同而产生的。””
将微电极插入细胞内，并将电荷与细胞外液中的参比电极进行比较，可以测量细胞膜电位静止神经元的膜电位为负，通常为-70毫伏（mV）。这叫做静息膜电位。负值表示膜的内部比外部相对更负，它是极化的。静息电位是由两个主要因素引起的：膜的选择性通透性和细胞内离子浓度与外界离子浓度的差异。
细胞膜具有选择性的渗透性，因为大多数离子和分子在没有帮助的情况下无法穿过脂质双层，通常来自跨膜的离子通道蛋白这是因为带电离子不能通过膜的不带电的疏水内部扩散。神经组织中最常见的胞内和胞外离子是钾（K+）、钠（Na+）、氯化物（Cl-）和钙（Ca2+）。当神经元处于静止状态时，钾通道（K+）是开放的主要离子通道，允许K+跨膜迁移这种通透性，加上细胞内的大量浓度，使神经元的静息膜电位主要由K+的运动决定。
神经元内外离子浓度的差异主要是由于钠钾（Na+/K+）泵的活性，钠钾是一种跨膜蛋白，每泵入两个K+离子，就会连续泵出三个Na+离子。这就建立了浓度梯度，神经元外Na+离子浓度较高，神经元内K+离子浓度较高。
由于膜在静止时主要对K+具有渗透性，由于K+通道的开放，K+可以将其浓度梯度向下扩散到低浓度区域，即细胞外。这些正电荷离开细胞，再加上细胞内有许多带负电荷的蛋白质，导致细胞内相对更负。
最后，K+的向外扩散被积聚在电池外的正电荷的静电排斥所平衡，达到电化学平衡。净效应是观察到的负静息电位。静息电位在神经系统中非常重要，因为膜电位（如动作电位）的变化是神经信号传导的基础。
在日本以外的许多海鲜菜单上不经常发现河豚，部分原因是它们含有强大的神经毒素。河豚毒素（TTX）是一种非常有选择性的电压门控钠通道阻滞剂，在最小剂量下是致命的。小鼠半数致死量（LD50）为334mu；g/kg，而氰化钾为8.5 mg/kg它也是神经科学研究的一个重要工具。当通道打开时，毒素阻断Na+进入细胞。因此，它会干扰动作电位，但不会干扰静息膜电位，并可用于抑制神经元活动。杜克大学（Duke University）的Toshio Narahashi和约翰·摩尔（John W.Moore）在1964年研究了巨型龙虾轴突，证明了其作用机制。
