Sel-sel saraf dalam sistem saraf mengirim sinyal yang disebut potensial aksi, di mana soma, atau badan sel neuron, mengirimkan sinyal listrik ke akson. Saat tidak memberi sinyal, neuron mengalami hiperpolarisasi, artinya memiliki muatan negatif jika dibandingkan dengan bagian luarnya. Ketika sinyal potensial aksi berjalan melintasi akson, hal itu menyebabkan sel mengalami depolarisasi, atau menjadi lebih bermuatan positif. Setelah sinyal berakhir, sel mengalami repolarisasi, di mana ia kembali ke polarisasi negatif aslinya.
Sebuah neuron terdiri dari soma, atau badan sel, dari mana dendrit menjangkau seperti cabang-cabang pohon. Di salah satu ujung neuron, ada kabel panjang yang disebut akson, yang berakhir di tombol sinaptik. Sinyal rangsang dan penghambatan berjalan dari neuron lain ke dendrit dan badan sel, dan sinyal-sinyal ini dijumlahkan di bukit akson, yang terletak tepat sebelum permulaan akson. Sinyal-sinyal ini dapat menyebabkan hiperpolarisasi atau depolarisasi sel. Repolarisasi mengembalikan sel ke keadaan istirahat.
Hiperpolarisasi, depolarisasi, dan repolarisasi neuron semuanya disebabkan oleh aliran ion, atau molekul bermuatan, masuk dan keluar sel. Ketika sel dalam keadaan diam, saluran ion ini tetap tertutup, namun, ketika potensial membran mencapai titik tertentu, yang disebut potensial ambang, mereka terbuka. Badan sel menerima pesan dari sel lain yang mendepolarisasi atau hiperpolarisasi sel, dan jika cukup banyak pesan yang diterima, sel akan mencapai potensial ambang.
Ketika potensial ambang tercapai, saluran kalium dan natrium terbuka, memungkinkan ion kalium dan natrium bermuatan positif masuk ke dalam sel. Pada saat yang sama, saluran klorida memungkinkan ion klorida bermuatan negatif meninggalkan sel. Hal ini menyebabkan depolarisasi, di mana sel kurang bermuatan negatif daripada saat diam.
Setelah potensial aksi mendepolarisasi sel, ia memulai proses repolarisasi. Saluran natrium dan kalium menutup, menghalangi ion bermuatan positif memasuki sel. Pada saat yang sama, ion klorida bermuatan negatif kembali ke sel.
Bagian pertama repolarisasi disebut periode refraktori, dan ada dua tahap fase ini, periode refraktori absolut dan periode refraktori relatif. Selama periode refraktori absolut, sel menolak untuk menghasilkan potensial aksi lain. Selama periode refraktori relatif, adalah mungkin bagi sel untuk menghasilkan potensial aksi lain, namun dibutuhkan sinyal yang lebih besar dari biasanya. Periode refrakter repolarisasi ini terjadi karena adanya hiperpolarisasi sel akibat masuknya ion kalium setelah potensial aksi lewat.