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である。このイオンポンプは膜内外のイオン組成の違いがどういう条件であろうと、一方から他方へ、能動的に常に一方通行のイオン輸送を担う。イオンポンプの輸送速度はそれほど速くなく、1分子のポンプ1秒あたりせいぜい数百のイオンを輸送できるにとどまるが、ATPのエネルギーがある限り常に動き続ける。実際には生きた細胞内でATPが枯渇する事は考えられないため、結果的にイオン分布変化への貢献度はそれなりに大きくなる。膜電位に関わるイオンポンプとして、もっとも有名かつ研究がなされたものとして、Na⁺/K⁺-ATPアーゼ(ナトリウム-カリウムポンプ、ナトリウムポンプとも)が挙げられる。これはATPの加水分解によるエネルギーを利用して3個のナトリウムイオン(Na⁺)を細胞外に汲み出すと共に、2個のカリウムイオン(K⁺)を細胞内に汲み込むタンパクである。このタンパクが働いているおかげで、細胞内はナトリウムイオンが少なく、カリウムイオンが多いという条件を維持できるのである。そのほかにもカルシウムイオン(Ca²⁺)や水素イオン(H⁺)を輸送するポンプなども存在し、成分としては小さいものの、膜電位に貢献している。
細胞膜の重要な性質の1つとして、細胞膜を構成する脂質二重層の内部は疎水性であるということがあげられる。このため、イオンは細胞膜を介して自由に行き来することができない。そのため、一旦生じたイオン組成の差は、そのまま細胞膜内外の電荷の差の原因となる。つまり、膜電位が生じるためにはそもそも細胞内外のイオン分布に差が生じる必要がある。以下、イオン分布の差を引き起こす要素について詳述する。
全ての細胞は、細胞膜によって外界と内部を隔てている。このことは細胞が内部に必要なモノを溜め込むことと、不要なモノを積極的に排除することを可能にしている。必要なモノとしては細胞小器官や種々のタンパク質など、また不要なモノとしては老廃物や毒素などが一番に考えられるが、それ以外にも、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。最も原始的な生物と考えられているシアノバクテリアにさえ膜電位とそれを利用したイオンチャネルの存在が知られており、このことは生物の誕生と共に膜電位が形成されたことを示唆している。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。つまり、イオンの分布差そのものが、細胞内外に電位の差をもたらすということである。この、イオン分布の差による細胞内外の電位差を、膜電位と呼ぶのである。仮に膜外に100個の1価の陽イオンがあり、膜内に40個の1価の陽イオンがあるという状況を想定する。この場合、膜外は膜内に対して、イオン60個分のプラスの電位差を持っているといえる(逆に、膜内は膜外に比べ、イオン60個分マイナスの電位差があるといえる)。このように、膜電位とは膜内外の陰陽両イオンの電荷の総和で決定される。現実には膜内外に存在するイオンは一種類ではなく、またイオン種によって価数も違うため、計算は容易ではない。また、電荷バランスが崩れた領域は、膜の近傍の2～3nm（デバイ長）のところのみである。したがって、大部分の電荷は膜表面付近に集中する。電位差の計算については、後に詳述する。膜電位が必要な理由の1つとして、細胞内外に大きな電位の差を作っておいた場合に、その電位の差を利用した非常に早い情報伝達が可能になるという利点がある。これはイオンによる電位差とその開放によるエネルギーという概念を、ダムによる水位の差とその開放によるエネルギーによっての水力発電と置き換えて考えるとわかりやすいだろう。つまり、電位差（水位差）を一気にイオンチャネル（水門）を開くことによって力を解き放つと、大きく、かつすばやい駆動力を生み出すことが可能になるのである。
世祖クビライが皇后チャブイの間にもうけた4人の嫡子のうちの次男で、長兄ドルジが早世したため、事実上の嫡長子にあたった。クビライの兄モンケの治世にクビライが中国の経略を委ねられていたために、クビライの中国方面における本拠地である内モンゴルの都市・開平府（後の上都）で、姚枢らクビライの漢人ブレーンに囲まれて育った。クビライ即位後の1263年、チンキムは燕王に封ぜられ、さらに中書令に任ぜられてクビライが新設した中央行政機関中書省の管轄を任せられ、上都・大都を中心とする内モンゴルから中国華北方面の統治を委ねられた。翌1264年には判枢密院事を兼ねて軍政機関枢密院も掌握し、クビライ自身の宮廷も置かれ政権の胴体部分となる中国北部の政・軍を支配する強力な権限を与えられる。幼い頃から漢人に対する理解を深めていたチンキムは、中・下級官僚として中書省に集められた漢人官僚の支持を受けた。また、中書省の高官である右丞相アントンはチンキムの母方の従弟であり、双方の母の実家であるコンギラト部族を筆頭とするモンゴル貴族層もチンキムの与党となったのでその権勢は高く、1273年には皇太子に立てられて、クビライの後継者として確固たる地位を確立する。しかし、クビライが皇后チャブイの用人であったアフマドを信任して華北の財政長官に取り立てられ、財政業務を一手に取り仕切るようになると、アフマドらムスリム（イスラム教徒）財務官僚とチンキムの下に集う漢人・モンゴル人たちは、統治の方針と権限の領域を巡って水面下で対立を繰り広げるようになった。1281年にアフマドの後援者であった生母チャブイが死去すると、チンキムの党派とアフマドの党派の政権争いはますます熾烈になり、翌1282年にチンキム派の漢人官僚によってアフマドが暗殺されるに至る。アフマドの死後、もはや皇太子チンキムの権限に干渉しうる権臣はいなくなった。そのため、チンキムの党派は華北地方において独裁的な権力を振るうようになり、先走ってクビライに譲位を進言する者まで現われるほどの状況になったが、1286年1月5日、突如チンキムは病死した。チンキムの死後、その絶大な権力に支えられ、非常に広大で豊かに成長していた皇太子府の所領と財産は、チンキムの未亡人ココジンに引き継がれ、クビライの死後、ココジンはチンキムの三男テムルを即位させた。1294年6月3日、テムルは祖父クビライに世祖の廟号と聖徳神功文武皇帝、祖母チャブイに昭睿順聖皇后をそれぞれ諡したことに加え、亡父チンキムにも裕宗文恵明孝皇帝と諡し、チンキムは皇帝に準ずる祭祀を受けた。