Il potenziale di membrana a riposo di una cellula viene mantenuto dalla pompa di sodio-potassio ed è possibile perché la membrana stessa non è molto permeabile agli ioni. La pompa di sodio-potassio utilizza l'energia immagazzinata nell'ATP per pompare sodio e potassio attraverso la membrana.
La membrana di riposo è stabilita e mantenuta perché il doppio strato fosfolipidico contiene una sezione centrale che respinge le molecole e gli ioni caricati. Di conseguenza, gli ioni possono passare attraverso la membrana solo se ci sono canali per gli ioni. Alcune molecole, come il DNA e molti protoni caricati negativamente, contribuiscono alla carica negativa della cellula e non possono diffondersi lungo il loro gradiente di concentrazione.
Queste molecole caricate negativamente nella cellula consentono alla cellula di mantenere un gradiente di concentrazione pompando i cationi caricati positivamente da soli. Sebbene sia gli ioni di sodio sia quelli di potassio siano caricati positivamente, il potenziale di membrana negativo all'interno viene mantenuto perché la pompa di sodio-potassio non pompa lo stesso numero di ogni ione. Invece, per ogni ciclo della pompa di sodio-potassio, una molecola di ATP viene utilizzata per pompare due ioni di potassio in e tre ioni di sodio fuori. Più ioni positivi che escono dalla cella significa che l'interno della membrana sta diventando sempre più negativo nel complesso.
Usando queste pompe e controllando altri canali cationici nella membrana, la cellula è in grado di mantenere un potenziale di riposo negativo.
