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許多我們現在所知道的神經訊號模式都是由烏賊(squid)的巨大軸突(giant axon)實驗而來的。
烏賊的巨大軸突由頭部一直延伸到尾部，這是烏賊主要用來控制尾巴擺動的神經傳導。到底這巨大的軸突有多大呢？
它的直徑可以到達一個毫米(1mm)，因此你很容易用肉眼就可以觀察的到。
神經利用電子化學(electrochemical)的程序傳送訊息。換句話說，神經利用化學物質的釋放，將化學訊號轉換成電訊號； 這些電訊號的產生主要是透過離子(ions)的通透而產生。在神經系統中幾個重要的離子分別為鈉(sodium)、鉀(potassium)(兩者都是帶正一價電荷 ,鈣(calcium)(帶正二價電荷)及氯(chloride)(帶負一價電荷)。此外還有一些帶負電荷的蛋白分子。此外，神經細胞和一般細胞一樣都有細胞膜包覆，而細胞膜對離子的通透率極差(幾乎為零)，因此這些離子要經由細胞膜上特殊的離子通道(ion channels)才能流通
休息膜電位(Resting Membrane Potential)
當一個神經不傳送訊息時我們稱之為休息狀態。當神經細胞在休息狀態時期，細胞內的電壓相對於細胞外的是負值
此時細胞內外不平衡的離子會企圖去平衡這內外的電位差，但是由於細胞膜的阻隔使得只有具有特定離子通道的離子可以通透。在休息狀態下神經細胞對鉀離子的通透性極高 (K+)
而相對的氯離子(Cl-)及鈉離子(Na+)通透率不高。在休息狀態，細胞外的鈉離子相較於細胞內的鈉離子來的多，而細胞外的鉀離子則相較於細胞內的鉀離子來的少。
另外，細胞內帶負電的蛋白分子則因為體積太大，而無法自由的進出細胞膜而被箝制於細胞內。
除此之外還有一種離子通道(功能類似幫潽(pump))，花費能量將三個鈉離子打出細胞外，同時帶入兩個鉀離子到細胞內來
綜合以上的影響，細胞內外的電位差永遠都不可能為零，而電位差的值就是我們一般所謂的休息電位(resting potential)
一般而言，休息電位是負70毫伏特(70mV)，也就是說細胞內的電壓要比細胞外的低70毫伏特
動作電位(Action Potential)
休息電位代表了細胞在休息狀態下離子分布的情形，而所謂的動作電位(action potential)則暗示出細胞在傳遞訊息時期離子游動的情形。
動作電位是由去極化電流(depolarizing current)將原本細胞的休息電位(-70mV)往證及提昇而引發的一種膜電位的改變。
當此去極化的動作造成細胞膜電位提昇至約-55mV時，一個動作電位就會產生。
-55mV這是就是所謂的閥值threshold電壓。如果細胞的去極化動作無法使膜電位達到此閥值就不會有動作電位的產生
而一旦細胞的去極化動作將膜電位去極至此閥值，一個固定大小的動作電位就產生了。在任何一種神經細胞中其產生的動作電位大小是完全一樣的。
因此，神經細胞要不去極化沒有達閥值而不引發動作電位，要不就就產生一個大小固定的一個動作電位
這就是所謂的全有全無律(ALL OR NONE)。
動作電位就是一連串離子透過細胞膜時，造成離子的重新分配而造成電位的改變。
首先刺激先打開原本在休息狀態下不開啟的鈉離子通道。因為細胞外的鈉離子濃度遠高於細胞內
因此大量的鈉離子會向細胞內流入，鈉離子本身帶一個正電荷，因此會使得神經細胞的細胞膜電位趨向於正值
即所謂的去極化。鉀離子通道開啟的時間較鈉離子通道來的晚。當鉀離子通道打開時鉀離子會流出細胞而使得細胞膜電位趨向於負值
而將細胞再極化(repolarization)。在此同時鈉離子開始關閉，這造成細胞膜電位回到神經細胞的休息膜電位(-70mV)
事實上細胞膜電位會低於-70 mV(過極化hyperpolarization)，這是由於鉀離子開啟的時間很長因此鉀離子流出細胞外的量過多而使得整個膜電位被往負極拉
最後細胞再利用鈉鉀幫浦(Sodium/potassium pump)將細胞內外兩種離子濃度調回休息狀態因而細胞膜電位又回覆到休息膜電位(-70mV)
