Nernst-ekvationen bestämmer vilopotentialen för cellmembranen i kroppen som en faktor för koncentrationen av joner inuti och utanför cellen. Celler är kroppens grundläggande enhet, och miljön inuti cellen är separerad från utsidan av ett cellulärt membran. Den intracellulära miljön innehåller en koncentration av joner som skiljer sig från den i den extracellulära miljön, så en elektrisk laddning utvecklas, och den kallas vilopotentialen. De joner som är mest inflytelserika för att bestämma vilopotentialen är de som cellmembranet är mest genomsläppligt för: natrium och kalium. Det finns en högre koncentration av kalium inuti cellen än utanför cellen, och det motsatta är sant för natriumjonen.
För många av cellerna i kroppen förblir vilopotentialen konstant under hela celllivet. För exciterbara celler, såsom de i nerverna och musklerna, hänvisar dock vilopotentialen helt enkelt till membranpotentialen när cellen inte exciteras. En exciterbar cell är en som genererar en elektrisk impuls som får cellen att dra ihop sig, i fallet med en muskelcell, eller avfyra en signal, i fallet med en nervcell.
Excitation leder till att membranets permeabilitet för joner, främst kalium och natrium, förändras. Detta möjliggör flöde av joner från området med högre koncentration till området med lägre koncentration, och detta flöde orsakar en elektrisk ström som kommer att ändra laddningen över membranet. Därför är Nernst-ekvationen inte tillämplig i detta fall, eftersom Nernst-ekvationen endast tar hänsyn till jonkoncentrationen när det inte finns någon permeabilitet över cellmembranet.
Nernst-ekvationen tar hänsyn till konstanter som Faraday-konstanten, den universella gaskonstanten, kroppens absoluta temperatur och valensen av de betraktade jonerna. Kalium är den vanligaste jonen i ekvationen. Det är jonen med störst permeabilitet, så den flyter mest över membranet.
Nernst-ekvationen har kritiserats eftersom den antar att det inte finns något nettoflöde av joner över cellmembranet. Realistiskt sett finns det aldrig något nettoflöde av joner, eftersom joner flyr ut på grund av läckage eller aktivt pumpas av cellen över membranet. I många fall är den mer universella Goldman-ekvationen att föredra när man förutsäger membranpotential. Goldman-ekvationen tar hänsyn till membranets permeabilitet för joner för en mer exakt bedömning av membranpotentialen, och den kan användas för exciterbara och icke-exciterbara celler.