genellikle "E"ile gösterilir. Herhangi bir iyonun sahip olduğu ters potansiyel Nernst eşitliği kullanılarak hesaplanabilir. Örneğin, potasyum iyonları için ters potansiyel aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir:
burada
İki farklı iyon aynı yüke sahip olsalar bile (mesela, K ve Na), içerideki ve dışarıdaki yoğunluk farkından dolayı hala çok farklı denge potansiyellerine sahip olabilirler. Örneğin, nöronlardaki potasyum ve sodyumun denge potansiyellerini ele alalım. Potasyum denge potansiyeli dışarıda 5 mM potasyum ve içeride 140 mM potasyum varken ("E") -84 mV olarak hesaplanır . Diğer taraftan, sodyum denge potansiyeli, "E", içeride 12 mM ve dışarıda 140 mM sodyum varken yaklaşık olarak +40 mV değerini verir.

Elektrofizyolojistler iyonik yoğunluk farkının etkilerini, iyon kanalları ve membran kapasitesini eşdeğer devre üzerinden modeller. Bu devre sayesinde bir zar parçasının elektriksel özelliklerini ortaya koyabilirler. Eşdeğer devre her biri seri pil içeren dört paralel yol ve bir kapasitör bulundurur. Kapasite lipit katmanının özelliğine göre belirlenir ve sabit kabul edilir. Her dört paralel yol sodyum, potasyum, klorür ve kalsiyum iyonlarından gelir. Voltaj ise her bir iyonun yoğunluklarına göre belirlenir (yukarıdaki Ters potansiyele bakın). Her bir iyonik yolun iletkenliği ise iyon kanallarının geçirgenlik durumuna göre belirlenir.

Sabit iyon konsantrasyonu ve kanal iletkenliğinin sabit değerleri için, eşdeğer devre daha da azaltılabilir. Aşağıda anlatıldığı gibi, paralel pil ve kapasitör bulunduran bir devre için Goldman denklemi kullanılır. Elektrik açısından, bu bir tür RC devresidir (direnç-kapasitans devresi), ve elektrik özellikleri ise çok basittir. Herhangi bir ilk durumdan başlayan akım, bir zaman sabiti olan τ = RC ile üstel zaman fonksiyonuyla azalır, burada C  zar parçasının kapasitansı, ve R = 1/g ise net direnç. Gerçekçi durumlar için, zaman sabiti genellikle 1-100 milisaniye aralığında yatar. Çoğu durumda, iyon kanallarının iletkenlik değişimi çok daha hızlı olur nu yüzden RC devresi iyi bir yaklaşım değildir ama yine de zar parçasını modellemek için kullanılan diferansiyel denklemi RC devrelerinin modifiye edimiş halidir.

Membran potansiyeli uzun periyodlar boyunca kayda değer bir değişim göstermediği zaman, bu duruma dingin potansiyel ya da dinlenme potansiyeli denir. Bu terim genellikle uyarılamayan hücreler için kullanılsa da uyarımı olmayan uyarılabilir hücreler için de kullanılabilir. Uyarılabilen ücrelerde, diğer olası durumlar kademeli membran potansiyeli ve büyük aksiyon potansiyelidir. Belli bir zamanı takip eden membran potansiyeli ya hep, ya hiç prensibine göre hareket eder. Uyarılabilen hücrelerden bazıları nöronlar, kas hücreleri ve salgı bezlerinde bulunan salgı hücreleridir. Diğer hücre tiplerinde de membran voltajı hücre içi durum ya da çevresel faktörler tarafından uyarılıp değişikliğe uğrayabilir. Örneğin, hücre zarının depolarizasyonu kontrollü hücre ölümlerinde oldukça önemli bir aşamadır.   .

Dingin potansiyele sebep olan etkileşimler Goldman denklemleri tarafından modellenmiştir. Bu da sorudaki iyonların yüklerini ve iç-dış yoğunluk farkını temel alan ve yukarıda gösterilen Nernst denklemine benzer bir formdur. Ayrıca, sorudaki her bir iyonun göreceli geçirgenliğini ayrı ayrı ele alır.
Bu soruda yer alan üç iyon potasyum (K), sodyum (Na) ve klorürdür (Cl). Kalsiyum bu sorudaki rolü göz ardı edilebilir olduğu için atlanmıştır ama daha önemli olduğu sorularda eklenebilir. Klorür bir anyon olduğu için katyonlardan daha farklı ele alınır. Normalde payda hücre dışı yoğunlukları ve payda da hücre içi yoğunlukları yazılırken, klorürün tam tersi şekilde paya hücre içi paydaya ise hücre dışı yoğunlukları yazılır. P harfi iyonların geçirgenliğini temsil eder.

Özünde, Goldman formülü membran potansiyelini her bir hücrenin ters potansiyelinin ağırlıklı ortalaması olarak ifade eder. (Gerçi membran potansiyeli aksiyon potansiyeli boyunca 100 mV civarında değişse de hücre içindeki ve dışındaki yoğunluklarda kayda değer bir değişim olmaz. Hücre zarı dingin potansiyeldeyken kendi yoğunluklarına sadık kalırlar.) Çoğu hayvan hücresinde, dinginlik durumundaki potasyum geçirgenliği sodyum geçirgenliğinden çok daha yüksek. Bunun sonucunda, dinlenme potansiyeli genellikle potasyum ters potansiyeline yakın olur. Klorür geçirgenliği oldukça yüksek olabilir ama diğer iyonların tersine klorür aktif olarak pompalanmaz. Bu yüzden ters potansiyelin denge durumu diğer iyonlar tarafından belirlenen dingin potansiyele oldukça yakın olur.

Çoğu hayvan hücrelerinde membran potansiyeli dinginlik değerleri genellikle Potasyum ters potansiyel değeri (yaklaşık olarak -80 mV) ve -40 mV arasında değişir. Uyarılailir hücrelerdeki dinginlik potasiyeli (aksiyon potansiyeli üretmeye elverişlidir) genellikle -60 mV civarındadır. daha fazla depolarize olmuş voltajlar spontane aksiyon potansiyeli üretimine sebep olabilir. Böyle hücrelerde, dinginlik potansiyel değer diferansiyelin derecesinden bağımsızdır. Bazı durumlarda hücreler herhangi bir zar içi voltaj farklılığı göstermeyebilir.

Dinlenme potansiyelinin sürdürülebilirliği, aktif pompalamanın sızıntı kanallarından sızan iyonların yerini tamamlaması gerektiği için  hücreye metabolik olarak pahalıya patlayabilir. En çok efor gerektiren durum ise hücre fonksiyonunun depolarize olmuş membran potansiyeli gerektirdiği durumdur. Örneğin,  kurt sineğinin ("Calliphora vicina") gün ışığındaki dinlenme potansiyeline adapte olmuş  ışık alıcıları  -30 mV gibi yüksek bir değere sahip olabilir. Bu yüksek membran potansiyeli değeri hücrenin seri bir şekilde görsel girdilerle cevap vermesini sağlar. Bu dinginlik potansiyelinin sürüdürülmesi içi hücrenin bütün ATPsinin %20sini sadece bunun için kullanması gerekir..

Öte yandan, farklılaşmamış hücrelerde yüksek dinginlik potansiyeli metabolik bir avantaj olabilir. Bu belirgin paradoks dinginlik potansiyelinin kökeninin incelenmesiyle çözülebildi. Az farklılaşmış hücreler çok az sızıntı kanalı bulundurarak, çok yüksek girdi dirençleriyle karakterize olmuşlardır. Gayet açık olan sonuca göre, potasyum geçirgenliği dinginlik ve ters potansiyel arasında yer alan sodyum geçirgenliğine çok benzer bir hal alır. Azalan sızıntı akımı sayesinde aktif pompalamaya olan ihtiyaç azalır ve metabolik gereksinimler düşer.

Yukarıda açıklandığı gibi, bir hücre zarı içinde herhangi bir noktada potansiyel hücre içi ve hücre dışı alan arasındaki yoğunluk farkıyla ve hücre zarının geçirgenliğiyle belirlenir. İyon konsantrasyonu  normalde çok hızlı bir şekilde değişmez (kalsiyum temel hücre içi yoğunluğu çok az olduğundan dolayı istisnadır, hızlı değişebilir), ama liganda duyarlı iyon kanallarının aktive edilmesiyle iyon geçirgenliği milisaniyenin çok küçük bir kısmında değişebilir. Değişim iyon kanallarının sayısı ve türüne bağlı olarak küçük de olabilir büyük de. Bu tür değişiklikler sabit genlik ve zamanı olan aksiyon potansiyelinin tersine dereceli potansiyel olarak adlandırılır.

Yukarıda verilen Goldman denkleminden de türetilebileceği gibi, belli bir iyon için artmakta olan geçirgenliğin etkisi  o iyonun membran potansiyelini ters potansiyele dönüştürebilir. Böylece, Na kanallarının açılması membran potansiyelini genellikle +100 mVcivarında olan Na ters potansiyeline doğru çeker. Aynı şekilde, K kanallarının açılması membran potansiyelini -90 mV civarına çeker ve Cl kanallarının açılması da yaklaşık -70 mV civarına çeker (birçok zarın dinginlik potansiyelidir). Membran potansiyelinin çalışma aralığı -90 mV ile +100 mV  aralığında olduğundan,  olan Na kanallarının etkisi membran potansiyeli her zaman yukarı çekmek, K kanallarının etkisi aşağı çekmek çekmek ve Cl kanallarını etkisi dinlenme potansiyeline doğru çekmektir.

Kademeli membran potansiyelleri özellikle sinapslarda üretilen nöronlar için önemlidir—tek kademeli aksiyon potansiyeli tarafından aktive edilen sinaps tarafından üretilen membran potansiyelinin geçici değişimleri postsinaptik potansiyel olarak adlandırılır. Nörotransmitterler Na kanallarını açarak membran potansiyelinin daha pozitif hale gelmesini sağlarken,  genellikle  K kanallarını açarak daha negatif hale gelmesini sağlar.

Postsinaptik potansiyel iyon akımının ters potansiyeline bağlı olarak uyarıcı ya da engelleyici (inhibitör) olabilir ve bir hücrenin aksiyon potansiyeli ateşleme eşiği -50mV civarındadır. Tipik sodyum akımlarında olduğu gibi eşiğin üstünde olan bir ters potansiyel ve postsinaptik potansiyel uyarıcı olarak kabul edilir ama bu postsinaptik potansiyel potasyum ve klorür akımlarında olduğu gibi eşiğin altında bir ters potansiyelle kombinlenirse inhibitör olarak kabul edilir. Bunun nedeni çoklu postsinaptik potansiyelin ortalama dışında bir etkisi olmamasıdır. Yani dingin potansiyelin üzerinde ama eşiğin altında olan ters potansiyelli akım eşiğe ulaşamaz. Bu yüzden, nörotransmitterler uyarıcı postsinaptik potansiyel (EPSP) üretmesi için Na kanallarını açarken, engelleyici postsinaptik potansiyel (IPSP) üretmesi için K veya Cl kanallarını açar. Birden fazla tür kana aynı zaman diliminde açılırsa, kendi postsinaptik potansiyelleri doğrusal olmayan şekilde toplanır (birbirine eklenir).

Biyofiziğin bakış açısından, dinginlik potansiyeli yalnızca dinlenme durumundaki hücreyi domine eden membran potansiyelidir. Yukarıda verilen denklemler her zaman kullanılabilir ama aşağıdaki yaklaşım daha kolay görselleştirilmesini sağlayabilir. Verilen bir zamanda, iyonun üzerindeki membran potansiyelinden nasıl etkileneceğini belirleyen iki faktör vardır:
Eğer itici kuvvet yüksek ise, iyon hücre zarından itilir. Eğer geçirgenliği yüksek ise, iyonun zardan difüzyonla geçmesi daha kolay olacak.
Yani, dinlenme durumundaki bir membranda, potasyum için itici kevvet düşükken, geçirgenliği çok yüksektir. Sodyum çok büyük bir itici kuvvete sahiptir  ama neredeyse hiç dinginlik geçirgenliği yoktur. Bu durumda, potasyum sodyumdan yaklaşık 20 kat daha fazla akım taşır ve  "E" üzerinde sodyuma göre 20 kat daha etkilir..

Ancak, aksi