La trasmissione dell'impulso nervoso
Tra la superficie interna e quella esterna della membrana cellulare del neurone esiste una differenza di potenziale elettrico (potenziale di riposo, o potenziale di membrana): l'interno della cellula è caricato negativamente rispetto all'esterno. Tale differenza è dovuta a diverse concentrazioni di ioni sodio (Na+) e potassio (K+) ed è a sua volta prodotta da meccanismi attivi di trasporto degli ioni attraverso la membrana (pompa sodio-potassio) e dalla diversa permeabilità della membrana plasmatica rispetto ai singoli ioni.
L'impulso nervoso determina una variazione della permeabilità della membrana, che si traduce in ultima analisi in un'inversione improvvisa della carica elettrica della cellula. Questa variazione elettrica (che, come si è detto, costituisce la "risposta") prende il nome di potenziale d'azione.
Nella fase d'attivazione del potenziale d'azione, aumenta la permeabilità agli ioni sodio, che irrompono nella cellula, mentre una modesta quantità di ioni potassio l'abbandona: il potenziale di riposo finisce per diventare positivo all'interno e negativo all'esterno della cellula.
A questo punto diminuisce bruscamente la permeabilità agli ioni sodio, mentre aumenta quella agli ioni potassio, che fuoriescono in parte dalla cellula sottraendo cariche positive. La somma totale di questi avvenimenti ripristina il potenziale di riposo (cioè lo fa tornare negativo nel citoplasma cellulare).
Come risultato di queste depolarizzazioni e ripolarizzazioni attraverso la membrana cellulare si stabilisce un segnale di natura elettrochimica, trasferibile lungo la fibra nervosa: in ultima analisi, il potenziale d'azione di una regione della membrana cellulare innesca la produzione di un potenziale analogo in una zona limitrofa.
La conduzione dell'impulso nervoso nelle fibre mieliniche è detta saltatoria, poiché il potenziale d'azione salta da un nodo di Ranvier all'altro. Inoltre, la guaina mielinica aumenta la velocità di propagazione dell'impulso nervoso fino a 400 km/h. Nelle fibre amieliniche invece la modalità di conduzione è continua e molto più lenta.