Ein Aktionspotenzial ist ein schneller Anstieg und anschließender Abfall der Spannung oder des Membranpotenzials in einer zellulären Membran in einem charakteristischen Muster. Dabei ist so viel Elektrizität erforderlich, dass es zu einer Spannungsreaktion in einer Zellmembran kommt; reicht die Elektrizität nicht aus, um die Membran bis auf den Schwellwert zu entpolarisieren, entsteht auch kein Aktionspotenzial. Beispiele für Zellen, deren Signalgebung über Aktionspotenziale erfolgt, sind Nerven- und Muskelzellen.

1. Ein Stimulus führt zu einer schnellen Veränderung der Spannung oder des Aktionspotenzials. Im Patch-Clamp-Modus muss genügend Elektrizität auf die Zelle einwirken, damit die Spannung über die Grenzspannung ansteigt und eine Entpolarisierung der Membran bewirkt.
2. Die Entpolarisierung entsteht durch einen schnellen Anstieg des Membranpotenzials, was zur Öffnung von Natriumkanälen in der Zellmembran und zu einem großen Einströmen von Natriumionen führt.
3. Die Repolarisierung der Membran erfolgt durch eine schnelle Inaktivierung von Natriumkanälen sowie ein schnelles Ausströmen von Kaliumionen aufgrund aktivierter Kaliumkanäle.
4. Bei einer Hyperpolarisierung handelt es sich um ein gesenktes Membranpotenzial, welches durch das Ausströmen von Kaliumionen und das Schließen der Kaliumkanäle entsteht.
5. Im Ruhezustand kehrt das Membranpotenzial zur Ruhespannung zurück, die vor dem Auftreten des Stimulus vorlag.

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