В отличие от других клеток, нейроны способны резко изменить заряд на своей мембране. Такое состояние называется генерацией потенциала действия, или импульсной активностью нейрона, или возбуждением нейрона. Генерация потенциала действия, в отличие от всех других колебаний заряда, происходит только в одном месте мембраны нейрона — в начальном сегменте аксона, или аксонном холмике. Это связано с наличием на данном участке мембраны большого числа каналов, пропускающих ионы натрия внутрь клетки. Массированный вход положительно заряженных ионов натрия приводит к резкому изменению заряда на мембране, и приблизительно на одну-две миллисекунды нейрон становится положительно заряженным относительно экстраклеточной жидкости. Как неоднократно было замечено у нейронов разных типов, генерация потенциала действия происходит и тогда, когда нейрон изолирован от своих соседей или даже извлечен из мозга и помещен в питательную среду, то есть при отсутствии возможных синаптических входов от других нейроно