膜電位
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。
左図の(P)と(E)が主要な内向きのカリウムイオンの移動である。この2者による内向きの移動の合力(P+E)が大きな値になることは図から明らかだろう。しかし、脊椎動物の静止膜電位は-70mV付近であり、そこからカリウムチャネルが開いても、せいぜい-90mV程度(カリウムの平衡電位)、つまり20mV分程度しか膜電位は変化しない。つまり内向きの大きな力を相殺するだけの外向きのイオン流が最初から存在しなければ説明がつかないことになる。事実その外向きのイオン流を実現しているのが(L)、前述の漏洩チャネルからのイオンの流出による。漏洩チャネルによる外向きイオン流があるので、実際に静止膜電位からカリウムチャネルが開いた時のカリウムイオンの流出は(F)程度となる。