W przewodzeniu impulsów nerwowych zasadniczą rolę odgrywa błona komórkowa neuronów, dlatego zasadę wyjaśniającą przebieg tego procesu nazywamy teorią membranową.
W niepobudzonym neuronie błona komórkowa jest spolaryzowana, co określamy jako polaryzację spoczynkową. Na powierzchni ma ładunek dodatni (przeważają kationy sodu i aniony chlorku), a od strony cytoplazmy ujemy (przeważają kationy potasu). Ta różnica potencjałów między zewnętrzną, a wewnętrzną strona błony, który wynosi –70 mV nazywa się potencjałem spoczynkowym i jest uwarunkowana różną przepuszczalnością dla jonów (kationy potasu i aniony chlorku swobodnie dyfundują przez błonę, przepuszczalność dla kationów sodu jest stosunkowa niska) oraz działaniem pompy sodowo-potasowej (aktywny transport jonów sodowych na zewnątrz i jonów potasowych do wnętrza).
Pod wpływem silnego bodźca dochodzi do chwilowej zmiany właściwości elektrycznych błony, co określamy jako jej depolaryzację. Zmiana ładunku elektrycznego (po stronie zewnętrznej jest ładunek ujemny, a po wewnętrznej dodatni ) spowodowana jest otwarciem kanałów jonowych, w skutek czego sód wnika do wnętrza komórki, a potas przedostaje się na zewnątrz. W tym stanie potencjał czynnościowy wynosi ok. +40 mV. W miejscu, w którym przeszedł impuls nerwowy następuje repolaryzacja błony komórkowej, czyli powrót do stanu pierwotnego. Kanały jonowe zostają zamknięte, a pompa sodowo-potasowa transportując jony przywraca potencjał spoczynkowy. Impuls nerwowy przemieszcza się wzdłuż błony od perikarionu w kierunku zakończenia aksonu jako fala depolaryzacyjna.
We włóknach mielinowych (dwuosłonkowych) impulsy przekazywane są skokowo (przeskakują od jednego przewężenia do drugiego), dzięki czemu przewodzone są znacznie szybciej (do 120 m/s) niż we włóknach bezmielinowych , gdzie fala depolaryzacyjna ma charakter ciągły.