在神经细胞或肌肉细胞中，当受到足够强度的刺激时，细胞膜上的电压门控钠离子通道会首先快速开启，导致大量钠离子（Na ）从细胞外流入细胞内。这个过程使得细胞膜内部电位迅速升高，即发生去极化现象，这是动作电位上升相的主要原因。
随着膜内电位的进一步升高达到峰值后，电压门控钠离子通道会逐渐关闭，而此时电压门控钾离子（K ）通道开始开放。钾离子从细胞内向细胞外扩散，导致细胞膜内外电位差重新增大，即复极化过程。在动作电位下降相中，钾离子的大量流出使得膜电位恢复到静息状态甚至过冲至低于静息电位水平的现象，称为超射或超级化。
此外，在某些类型的神经元和肌肉纤维中，还存在钙离子（Ca2 ）通道参与动作电位过程。例如，在骨骼肌细胞兴奋-收缩耦联过程中，L型电压门控钙离子通道的激活可以触发终板区储存的钙离子释放，进而引发肌肉收缩。
总之，在动作电位产生的不同阶段，主要涉及的是钠离子、钾离子以及在特定情况下钙离子的跨膜移动，这些过程是由细胞膜上相应类型的离子通道开放与关闭所调控的。
