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可兴奋细胞在由静息状态转为活动时，会产生几种物理变化，特别是膜的电学性质的变化，膜两侧原本稳定的静息电位发生急骤而短暂的降低，并伴有以离子形式流动的跨膜电流。不同细胞的动作电位（action potential，AP）波形虽有很大变化，但均以一个极其迅速的去极化和缓慢的复极化为特征。动作电位的另一特征是电位的极性在锋电位顶端倒转，细胞内由静息时的负电位变为正电位。
按照惯例，偏离静息电位的任何正向电位均称为去极化（depolarization）；偏离静息电位的任何负向电位均称为超极化（hyperpolarization）。可兴奋组织的兴奋是由去极化电震引起的，神经元也以去极化的电反应对电震应答。这种去极化反应是兴奋的标志，称为动作电位，也称为锋电位（spike）或神经冲动（nerve impulse）。神经元的去极化反应是再生性的，一个轴突区域产生的兴奋足以引起轴突邻近部分兴奋，以波的形式沿轴突全长，不衰减地扩布，这种电压波是神经纤维的信息单位。
按Bernstein的膜学说（membrane theory）预测，动作电位顶峰时膜电位应接近于零。如 P Na 、 P Cl 及 P K 在锋电位时均相等，依Goldman-Hodgkin-Katz电压方程，动作电位峰值的预期值约为-15mV。因此，可想而知，当Hodgkin及Huxley，Curtis及Cole等首先记录到的动作电位的峰值，不是零，而是超过零电位+20～+50mV时，会是何等的惊讶。这种超过零电位的超射（overshoot）现象以及Cole及Courtis测到的阻抗变化，均是Bernstein的膜学说或膜崩溃说法所不能解释的。