A transmissão do impulso nervoso ocorre como uma onda de mudança de polarização da membrana do axônio. No meio extracelular, encontra-se uma maior concentração de íons sódio (Na+), o que faz com que a membrana, em sua face externa, apresente carga positiva e, em sua face interna, carga negativa. Isso se deve a um processo denominado de bomba de sódio e potássio, no qual três íons Na+ são bombeados para fora da célula a cada dois íons K+ que são bombeados para dentro dela.
Os dois íons podem mover-se de volta, seguindo seu gradiente de concentração, no entanto, a membrana é menos permeável ao Na+ e, assim, apenas uma pequena quantidade de Na+ retorna para a célula. Com isso, uma maior quantidade de cargas positivas é mantida fora da membrana, fazendo com que sua face externa seja positiva. A face interna apresenta uma carga negativa em razão da presença de proteínas carregadas negativamente e outras grandes moléculas.
Após a aplicação de um estímulo em qualquer região do axônio, a membrana torna-se permeável aos íons Na+ mantidos fora da célula. Esses íons passam a entrar na célula em maior quantidade do que o íon potássio, mudando, assim, a polarização da membrana, que se torna mais negativa em sua face externa e mais positiva na face interna. A mudança da polarização que ocorre com a entrada do sódio é denominada despolarização.
No entanto, esse íon é rapidamente expulso, mediante a ação da bomba de sódio, e a membrana retorna à sua polarização inicial, positiva na face externa e negativa na face interna. Cada ponto estimulado modifica a permeabilidade da região vizinha, expulsando os íons sódio. Esse processo cria uma onde de alternância de polarização da membrana, fazendo com que o impulso nervoso percorra todo o axônio até uma região denominada de terminais sinápticos.
