細胞的生物電現象即膜電位，是講存在於細胞膜兩側的電位差。注意：是對細胞膜內外兩側電位的比較，而不是講的“細胞膜上”的電位。因為，實驗中發現：細胞膜表面任何兩點間並不存在有電位差。若將微電極插入細胞內，用“細胞內測量法”進行測量，發現：細胞在未受到刺激的靜息狀態下，膜內電位低於膜外，呈內負外正的狀態(又稱極化)，此時存在於膜兩側的電位差即為“靜息電位(rp)”。它主要與細胞膜對k＋有一定的通透性，k＋順濃度差外流，而膜內帶負電荷的大分子不能外流，從而打破了膜內外電中性狀態，亦即rp主要是與k＋外流而達平衡電位有關。當細胞受到閾或閾上刺激時，細胞膜對na＋通透性增大，na＋順濃度差經通道內流，膜內電位升高(指實際情況，而非指絕對值大小)，當達閾電位時，引發na＋內流大量增加，導致膜內電位迅速升高，且超過膜外電位近30mv(超射)，此為去極化過程；繼而k＋通透性增大，k＋大量外流，膜內電位迅速下降直至原先rp的水平，是為復極化過程。這種在刺激作用下，在rp基礎上發生的膜兩側電位的迅速、可逆的倒轉，稱為“動作電位(ap)”。ap包括去極化和復極化兩個階段，對應於圖像上的上升支與下降支。ap有兩個特點：可擴布性和“全或無”現象。
以上是以神經細胞、骨骼肌細胞為例討論的。可知，膜電位包括rp和ap兩種，它們與離子跨膜轉運有關，這種轉運又取決於通道膜蛋白的狀態。通道具有一定的特異性，其備用、開放、關閉狀態又有其化學依從性及電壓依從性。細胞膜上離子泵的活動，使na＋外流及k＋內流(逆濃度差進行)，有助於恢復膜內外離子的正常分布。
不同細胞其rp、ap的具體情況不一。比如心室肌細胞的ap分為0、1、2、3、4五個時相。各期分別與na＋內流、k＋外流、k＋外流與ca＋＋內流、k＋外流及離子泵活動有關。竇房結細胞、浦肯野氏細胞等自律細胞，則在復極至第4期最大舒張電位後，又逐步緩慢地自動去極化，因而它們沒有rp。因為竇房結細胞膜在第4期存在著恆定的ca＋＋內流的背景電流，以及隨時間而遞減的k＋外流，從而膜內電位逐步升高，當達閾電位則產生ap。浦氏細胞膜第4期不穩定則是由於恆定的na＋內流的背景電流與遞減的k＋外流共同造成。故而它們有自律性。