Der als Natrium-Kalium-Pumpe bezeichnete Mechanismus ist eine in der Zellmembran befindliche Ionenpumpe und sorgt aktiv für die Aufrechterhaltung des Ruhemembranenpotentials, wobei Natrium ständig durch Leckströme in das Zellinnere der Zelle diffundiert. Nur die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials gewährleistet die Möglichkeit der Erregbarkeit einer Nervenzelle, denn würde die Spannung im intrazellulären und extrazellulären Raum identisch sein, wäre die Weiterleitung eines elektrischen Reizes nicht möglich, d. h., jeder Impuls würde einfach in der Zellmatrix verpuffen. In einem Zyklus tauscht die Natrium-Kalium-Pumpe immer drei Na+ Ionen gegen zwei K+ Ionen und sorgt so für zunehmendes negatives Potenzial im Intrazellulärraum.
Die Nervenzellen im menschlichen Körper sind oft sehr lang und können über weite Strecken Signale in Form von elektrischen Impulsen weitergeben, wobei dieser Strom nicht nur das Fließen von Elektronen ist, sondern allgemein das Fließen von Teilchen, die Ladungen besitzen. Im Gehirn und auch in Nerven geschieht dies durch das Fließen von positiv geladen Natrium Teilchen, den Ionen. Kommt ein elektrischer Impuls bei einer Nervenzelle an, fließt Natrium hinein, wobei durch das Fließen von geladenen Teilchen Strom entsteht, der an der Nervenzelle weiterwandert, bis diese zu Ende ist. Zwischen zwei Nervenzellen befindet sich ein Spalt, die Synapse. Um das Signal weiterzugeben, werden Neurotransmitter, kleine chemische Moleküle, ausgeschüttet, die zur anderen Zelle wandern und dort etwa einen weiteren Einstrom von Natrium auslösen. Der elektrische Impuls löst auch den Einstrom eines anderen Ions aus, des Kalziums, das benötigt wird, damit Vesikel mit den Neurotransmittern die Zelle verlassen können.
Siehe dazu auch Aktionspotential und Die Chemie des Lernens.