Sel saraf yang khas, juga disebut neuron, memiliki bagian struktural dan fungsional yang berbeda. Tubuh utamanya, yang disebut soma, menghasilkan pulsa listrik. Sinyal itu berjalan melalui perpanjangan tipis yang panjang yang disebut aksonnya. Sama seperti kabel listrik rumah tangga yang harus ditutupi oleh selubung luar isolasi, membran akson berfungsi sebagai selubung pelindung untuk transmisi bio-listrik. Membran yang sehat dan tepat secara kimiawi diperlukan untuk otak dan sistem saraf manusia yang berfungsi penuh.
Benang akson mikroskopis tunggal dalam tubuh manusia bisa pendek, tetapi bisa juga panjangnya 4.9 kaki (1.5 meter) atau lebih. Di ujung terminal lain dari akson, sinyal listrik dilepaskan. Ini mungkin melepaskan energi untuk menggairahkan neuron lain, mengontraksikan otot, atau untuk sejumlah fungsi tubuh lainnya, termasuk penalaran cerdas. Dalam hal meneruskan sinyal ke neuron lain, badan sel penerima memiliki tonjolan kecil dan pendek yang disebut dendrit. Dari akson ke dendrit, sinyal melintasi celah kecil di antara mereka yang disebut sinaps.
Sel saraf hanya memiliki satu akson, dan sinyal listriknya mengalir hanya dalam satu arah. Akan tetapi, akson dapat membelah dan bercabang berulang kali menjadi banyak ujung terminal. Ini sangat penting di otak, di mana satu impuls listrik dapat merangsang banyak neuron lainnya. Kaskade yang dihasilkan dari ujung terminal bercabang bisa mencapai ribuan. Peracikan koneksi lebih lanjut adalah sinapsis “en passant” di mana dendrit saraf lain menempel pada batang akson itu sendiri, bukan ujung terminalnya.
Struktur dan sifat kimia membran akson memungkinkannya mengandung muatan listrik, memaksa alirannya ke satu arah, dan mentransfer sinyal ke sel-sel tubuh lainnya. Untuk sebagian besar, untuk sebagian besar jenis sel saraf, akson diisolasi dalam selubung pelindung yang disebut mielin. Lapisan membran akson ini terjepit secara berkala yang disebut “nodus Ranvier.” Celah tanpa mielin ini secara efektif memperkuat sinyal listrik yang masuk, memaksa transmisi satu arah yang cepat. Sinyal bukanlah gelombang tunggal yang tidak terputus; itu berdenyut di dalam akson dari simpul ke simpul.
Integritas dan kesehatan membran akson dikenal sebagai salah satu kunci untuk melemahkan penyakit neurologis, seperti Multiple Sclerosis (MS). MS disebabkan oleh de-myelinisasi akson saraf. Gangguan lain termasuk trauma sementara pada selubung mielin yang disebut neurapraksia yang menghalangi kemampuan saraf untuk menghantarkan listrik dan biasanya mengakibatkan hilangnya perasaan sensorik atau kontrol otot pada area yang terkena.
Membran akson harus dirancang untuk menampung muatan listrik, untuk mencegah pelepasannya. Namun, inilah yang tampaknya terjadi di ujung terminal akson. Para ilmuwan yang mempelajari struktur molekul membran dan komposisi kimia sinapsis sekarang memahami bahwa transfer sinyal sebenarnya adalah transfer kimiawi. Energi listrik memicu perubahan bahan kimia, terutama natrium dan kalium, memungkinkan mereka untuk melintasi membran melalui protein berongga khusus yang disebut saluran ion.