Potensial aksi adalah aliran ionik positif dan negatif yang bergerak di membran sel. Langkah awal pengolahan informasi indra adalah transformasi energi stimulus menjadi potensial reseptor, lalu menjadi potensial aksi pada serabut saraf. Pola potensial aksi merupakan kode informasi mengenai dunia, walaupun kadang-kadang kode yang disampaikan berbeda dari yang akan disampaikan. Potensial aksi ada pada tiap hewan.
Potensial aksi merupakan suatu perubahan cepat pada potensial membran yang menyebar sepanjang serabut saraf. Setiap potensial aksi dimulai dengan perubahan mendadak dari potensial membran negatif istirahat normal menjadi potensial positif dan kemudian berakhir dengan kecepatan yang hampir sama dan kembali ke potensial negatif. Untuk menghantarkan sinyal saraf, potensial aksi bergerak di sepanjang serabut saraf sampai tiba di ujung serabut.
Tahapan potensial aksi adalah sebagai berikut :
Tahap Istirahat
Tahap ini merupakan potensial membran istirahat yang ada sebelum terjadinya potensial aksi. Pada saat ini, membran dapat dikatakan “terpolarisasi”, karena selama tahap ini erlangsung, potensial membrannya bersifat negatif dengan nilai sekitar -90 milivolt.
Tahap Depolarisasi
Pada tahap ini, membran secara tiba-tiba menjadi sangat permeabel terhadap ion natrium. Hal ini menyebabkan kanal ion natrium terbuka dengan sepat dan sejumlah besar ion natrium yang bermuatan positif berdifusi masuk ke dalam akson. Keadaan membran yang awalnya terpolarisasi dengan nilai -90 milivolt secara cepat menjadi semakin positif, karena difusi natrium sekaligus menetralisir keadaan tersebut.
Hal ini meningkatkan potensial membran. Aktifnya kanal ion natrium pada awal depolarisasi memunculkan suatu feedbac positif, berupa trigger untuk terbukanya kanal-kanal ion natrium yang lain, sehingga natrium akan terus berdifusi ke dalam akson hingga tercapai konsentrasi tertentu.
Pada serabut saraf besar (bermielin), sejumlah besar ion natrium yang berdifusi ke dalam akson tersebut menyebabkan potensial mencapai nilai 0, atau bahkan melampaui nilai 0 itu sendiri (menjadi sedikit positif). Namun pada serabut saraf kecil (tidak bermielin), difusi ion natrium hanya mampu menyebabkan potensial membran meningkat hingga nilai dibawah 0, dan tidak pernah melampaui sampai keadaan positif.
Tahap Repolarisasi
Tahapan ini berlangsung setelah tahap depolarisasi berakhir, dan membran menjadi lebih permeabel terhadap ion kalium. Berakhirnya tahap depolarisasi adalah ketika kanal ion natrium tertutup dengan cepat yang diikuti oleh pembukaan kanal ion kalium secara lambat. Saat kanal ion kalium telah terbuka secara sempurna, sejumlah besar ion kalium akan berdifusi keluar akson secara cepat. Hal ini menyebabkan potensial membran yang tadinya menjadi positif karena depolarisasi kembali bersifat negatif, dan ketika sifat negatif itu telah dicapai, kanal ion kalium akan kembali menutup secara lambat.
Hiperpolarisasi
Setelah tahap repolarisasi berakhir, dikenal suatu kondisi yang disebut positive after potential. Keadaan ini merupakan kondisi potensial membran yang lebih negatif dari kondisi istirahat. Terjadi beberapa milidetik setelah berakhirnya potensial aksi, terjadi akibat lambatnya penutupan kanal ion K dan merupakan istilah yang salah kaprah akibat faktor historis dalam pengukuran para ilmuan terhadap aksi potensial membran.