Hyperpolarisering uppstår när skillnaden i elektrisk potential mellan två sidor av ett cellulärt membran förändras avsevärt, vilket resulterar i en stor elektrisk potential över membranet. Specifikt blir värdet på den elektriska potentialen över membranet mer negativt, vilket innebär att laddningen på insidan av cellens membran är mer negativ än laddningen på utsidan av membranet. Denna process observeras vanligen inom neurovetenskap eftersom neuroner aktiveras genom processer som involverar förändringar i elektrisk potential. Motsatsen till hyperpolarisering är depolarisering, där en cells potential blir mer positiv, vilket innebär att det finns betydligt mindre negativ laddning inuti cellmembranet.
Elektrokemiska processer är i allmänhet ansvariga för förekomsten av hyperpolarisering över cellulära membran. Koncentrationerna av olika kemikalier på olika sidor av ett membran kan orsaka att en elektrisk potential utvecklas över membranet. I allmänhet, när den elektriska potentialen når en viss punkt, kommer någon biologisk process att initieras, såsom avfyring av en neuron. Efter denna punkt tenderar membranet att återgå till sin vilopotential, eller den elektriska potentialen innan några stimuli orsakade den elektrokemiska händelsen. I neuroner sker denna process kontinuerligt; stimuli gör att polarisering sker över ett membran, och när graden av den polariseringen passerar en viss tröskel, avfyras neuronen och återgår till sin vilopotential.
En neuron kommer inte att avfyras förrän dess elektriska potential överskrider en viss tröskel. När tröskeln når tröskeln ökar den elektriska potentialen drastiskt, vilket gör att neuronen kan skicka iväg en elektrisk signal till andra delar av kroppen. Hyperpolarisering inträffar efter denna topp i potential; den elektrokemiska potentialen blir kortvarigt negativ, sjunker under vilopotentialen, innan den återgår till vilopotentialen. Vanligtvis varar detta stadium av hyperpolarisering endast i en kort bråkdel av en sekund.
Hyperpolarisering och elektriska potentialer över membran involverar i allmänhet överföring av elektroner i joner. En jon är en atom som har antingen en positiv eller en negativ laddning. Kalium- och klorjoner är vanligtvis involverade i elektrokemiska potentialer; deras relativa koncentrationer bestämmer storleken på den elektrokemiska cellulära potentialen. I vilostadiet ligger kalium i cellmembranet; vid exponering för en stimulans rusar kaliumet ut och negativa klorjoner strömmar in i cellen genom membranet. Ibland orsakar natrium- och kalciumjoner även elektrokemiska cellulära potentialer över cellmembranen.