神经纤维能够实现兴奋的快速传导，这主要归功于动作电位的产生和传播机制。当神经细胞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打开，导致钠离子大量内流，引起去极化，即细胞内部的电位变得相对正一些。这一过程构成了动作电位的上升相。
随着细胞膜内部电位的升高，电压门控钠离子通道逐渐关闭，同时钾离子通道开始开放，钾离子向外流动，使得细胞再次恢复到静息状态，这个阶段被称为复极化。在动作电位发生过程中，神经纤维表面的电变化会迅速沿着轴突传播出去。
为了提高传导速度，许多神经纤维还具有髓鞘结构，即由施万细胞或少突胶质细胞形成的多层膜包裹着轴突。髓鞘不仅能够减少离子流动，降低轴浆内的电阻，还能使动作电位以跳跃式的方式从一个郎飞结（未被髓鞘覆盖的小段区域）跳到下一个郎飞结，这种方式称为盐跃传导，大大加快了信号的传递速度。
此外，神经纤维直径的大小也会影响传导速率。一般来说，直径较大的无髓或有髓神经纤维比细小的纤维具有更快的动作电位传导速度，因为大直径可以减少轴浆内的电阻，有利于电流的快速传播。
