钙离子在肌肉收缩过程中扮演着非常重要的角色。当神经信号到达肌纤维时，会引发肌浆网（肌肉细胞内的钙储存结构）释放钙离子到肌浆中。增加的钙离子浓度使得钙离子能够与肌纤蛋白上的特定位点结合，从而导致肌动蛋白和肌球蛋白之间的相互作用发生改变。这种变化促使肌肉中的细丝滑过粗丝，产生肌肉收缩。
具体来说，钙离子与肌钙蛋白C（一种位于肌纤蛋白上的蛋白质）结合后，会引发肌钙蛋白的构象发生变化，进而使原肌球蛋白的位置移动，暴露出肌动蛋白上的活性位点。这样，肌球蛋白头部就能与这些暴露出来的位点相结合，并通过一系列的生化反应将ATP水解产生的能量转换为机械运动，即肌肉收缩。
当神经刺激停止后，钙离子会被泵回肌浆网内，其浓度下降导致钙离子从肌钙蛋白上解离，原肌球蛋白重新覆盖住肌动蛋白上的活性位点，肌肉便进入舒张状态。
