Komórki nerwowe należą do komórek pobudliwych. Pobudliwość to właściwość polegająca na szybkim przechodzeniu komórki za stanu spoczynkowego do stanu pobudzenia w wyniku zadziałania bodźca. Ten stan pobudzenia może rozprzestrzeniać się dzięki zdolności do przewodzenia.

Potencjał czynnościowy powstaje na skutek zadziałania bodźca o najmniejszej (minimalnej) wymaganej sile, zwanego bodźcem progowym. Bodźce o sile wyższej niż minimalna (bodźce nadprogowe) również posiadają zdolność do pobudzenia komórki, jednak pobudzenie to nie zwiększa się wraz ze zwiększeniem siły danego bodźca. Neurony działają zgodnie z zasadą "wszystko albo nic", znaczy to, że neuron albo wytworzy potencjał czynnościowy, albo nie (w momencie, gdy zadziała na niego bodziec o niższej niż wymagana siła - bodziec podprogowy).

W wyniku zadziałania bodźca nadprogowego błona komórkowa neuronu ulega depolaryzacji, czyli dochodzi do lokalnego zaburzenia spoczynkowej równowagi elektrochemicznej na skutek gwałtownego zwiększenia przepuszczalności błony dla jonów Na+ (sodowych) - wnikając szybko do komórki wyrównują one ładunki elektryczne pomiędzy wnętrzem a otoczeniem. Potem dochodzi do repolaryzacji wskutek powolnego wypływania jonów potasowych. Całość tworzy tak zwany potencjał iglicowy. Początkowo zachodzi to tylko w miejscu zadziałania bodźca, ale następnie fala depolaryzacji rozszerza się na dalsze odcinki błony osiągając zakończenie neuronu (w przypadku neuronów połączonych synapsami fala ta ogarnia również komórki sąsiednie). Po zakończeniu fazy iglicy potencjału czynnościowego zachodzi hiperpolaryzacja błony komórkowej neuronu.

Podczas trwania potencjału czynnościowego neuron jest całkowicie niepobudliwy, kiedy to żaden bodziec nie spowoduje jego odpowiedzi. Jest to stan refrakcji bezwzględnej. Zakończenie potencjału czynnościowego przynosi hiperpolaryzację neuronu i stan refrakcji względnej, w czasie trwania której tylko silniejszy od progowego bodziec może wywołać kolejne pobudzenie. Dzięki zjawiskom refrakcji potencjały czynnościowe nie nakładają się na siebie, ograniczona zostaje ich maksymalna częstotliwość, a także zapewnione zostaje przewodzenie w odpowiednim kierunku.