De membraanpotentiaal wordt bepaald door de concentratieverschillen van diverse ionen binnen en buiten de cel. Belangrijk hierbij is dat de doorlaatbaarheid van het celmembraan voor die ionen kan veranderen.
De concentratie natrium (Na+) ionen is veel hoger buiten de cel dan binnen. Als het membraan doorlaatbaar wordt voor Na+ ionen, stromen deze door de diffusiekracht naar binnen. Daardoor stijgt de membraanpotentiaal totdat een nieuw evenwichtspotentiaal bereikt is. Dat is de Nernstpotentiaal voor dat ion.
Voor kalium (K+) ionen zijn de concentratieverschillen andersom. De K+-concentratie is hoog binnen en laag buiten, zodat de K+ ionen naar buiten stromen. Als het membraan doorlaatbaar wordt voorK+ ionen en daalt de membraanpotentiaal totdat een nieuw evenwichtspotentiaal bereikt is.
De Nernstpotentiaal kan voor elk ion worden uitgerekend met onderstaande formule.
Waarbij:
Bij meer ionen bepalen de Nernstpotentialen van al deze ionen samen de membraanpotentiaal. De Nernstpotentiaal van het ion dat het makkelijkst over de membraan kan bewegen is dan het belangrijkst.
In een hartcel spelen drie ionen rol: natrium (Na+) ionen, kalium (K+) ionen en calcium (Ca2+) ionen. De aandacht in het begin van deze paragraaf zal gaan naar Na+ ionen en K+ ionen en Ca2+ ionen zullen er later bij worden betrokken.