Repolarisasi potensial aksi adalah salah satu tahap yang terjadi ketika impuls saraf ditransmisikan. Impuls saraf adalah pesan elektrokimia yang dikirim sepanjang neuron, atau sel saraf, dari dendrit ke tunas terminal akson. Pesan dikatakan terkirim secara elektrokimia karena bahan kimia di dalam tubuh menyebabkan sinyal listrik bergerak melalui neuron. Tahapan yang dialami neuron adalah istirahat, depolarisasi potensial aksi, dan repolarisasi potensial aksi.
Di dalam sistem saraf, ion bermuatan listrik memainkan peran utama dalam menyebabkan impuls saraf dikirim. Secara khusus, ion spesifik yang terlibat adalah natrium, kalium, klorida, dan kalsium. Natrium dan kalium keduanya memiliki muatan positif +1, sedangkan kalsium memiliki muatan positif +2. Ion klorida bermuatan negatif (-1).
Ketika neuron beristirahat, atau impuls saraf tidak dikirim, membran sel mengontrol ion apa yang ada di dalam sel dan mana yang disimpan di luarnya. Akibatnya, bagian dalam neuron memiliki muatan negatif jika dibandingkan dengan area di sekitarnya. Saluran ion dan pompa di dalam membran melawan efek difusi ion untuk mempertahankan potensial istirahat sekitar -70 milivolt (mV).
Agar impuls saraf dapat dikirim, potensial aksi harus terjadi di dalam neuron. Depolarisasi neuron diperlukan agar potensial aksi dikirim sepanjang sel saraf. Ini berarti bahwa ada pertukaran ion melintasi membran sel neuron, yang disebabkan oleh beberapa jenis rangsangan. Ketika neuron dirangsang, saluran natrium di dalam membran terbuka, yang memungkinkan ion natrium masuk ke dalam sel saraf. Semakin banyak ion natrium yang masuk ke dalam neuron, bagian dalam sel menjadi semakin positif dibandingkan dengan bagian luarnya.
Ambang batas minimal -55 mV harus dicapai agar potensial aksi dapat dikirim. Jika ambang tidak tercapai, maka potensial aksi, atau impuls saraf, tidak dikirim. Ketika ambang batas tercapai, sebagian besar saluran ion natrium terbuka sehingga muatan di dalam sel mencapai +30 mV. Lonjakan ini adalah potensial aksi, yang merupakan impuls listrik yang berjalan sepanjang sel saraf. Potensial aksi merangsang bagian selanjutnya dari neuron, sedangkan bagian sebelumnya mulai mengalami repolarisasi potensial aksi.
Selama repolarisasi potensial aksi, muatan relatif neuron dikembalikan ke keadaan istirahatnya. Setelah +30 mV tercapai, saluran kalium mulai terbuka dan saluran natrium menutup. Ketika saluran kalium terbuka, kalium bergegas keluar dari sel untuk mencoba dan menyeimbangkan muatan di kedua sisi membran. Saluran kalium tetap terbuka sampai potensial istirahat -70 mV tercapai.