Изменение проницаемости клеточной мембраны для ионов приводит к увеличению или уменьшению количества заряженных частиц на её наружной или внутренней поверхности, что в свою очередь является причиной изменения мембранного потенциала.
Повышение проницаемости мембраны для положительных ионов, концентрация которых выше во внеклеточном пространстве (например, для ионов натрия), вызывает их поступление внутрь клетки. Увеличение количества положительных ионов на внутренней поверхности мембраны приводит к снижению величины мембранного потенциала, которое называется деполяризацией.
Если количество положительных ионов, поступающих во внутриклеточное пространство, будет настолько большим, что на внутренней поверхности мембраны их станет больше, чем у наружной, мембранный потенциал изменится на противоположный (то есть мембрана будет снаружи заряжена отрицательно, а изнутри – положительно). Такое изменение заряда называется реверсией.
Если проницаемость мембраны возрастает для положительных внутриклеточных ионов (калия), очевидно, что заряд, наоборот, будет увеличиваться. Такое изменение заряда называется гиперполяризация. Гиперполяризация вызывается также увеличением проницаемости мембраны для отрицательных внеклеточных ионов (например, хлора). В этом случае повышение трансмембранного потенциала объясняется возрастанием отрицательного заряда на внутренней поверхности мембраны.
Восстановление изменённого мембранного потенциала, то есть возвращение его к исходному значению, называется реполяризацией.