細胞膜は、脂質二重層を貫くようなトンネル構造を持ち、細胞内外での物質輸送を行う。細胞は特定のイオンを選択的に取り込み、また別のイオンを選択的に排出することによって、内外のイオンのバランスに差を作っている。内外に濃度差を作られたイオンは電荷を持っているので、内外のイオンバランスの差は、内外の電気的ポテンシャルの差をもたらす。このイオン分布の差による細胞内外の電位差を、膜電位と呼ぶ。このイオン分布の差を生じさせる第一の要素として、イオンポンプの存在が挙げられる。イオンポンプはATP等のエネルギーを利用して、特定のイオンを能動輸送するタンパク質。最も有名なものがナトリウム-カリウムポンプ（Na+-K+ATPアーゼ）。