A despolarização da membrana pode ocorrer pela abertura de canais de Na em resposta a uma sinapse. Caso ocorra um número suficiente de sinapses em um neurônio e sua despolarização alcance um determinado valor, ou seja, haja um influxo suficiente de cargas positivas para o interior da célula, canais de sódio sensíveis a voltagem localizados na posição inicial do axônio podem se abrir e então um potencial de ação poderá ser gerado.
Nesse modelo, durante o potencial de equilíbrio apenas canais de potássio estão abertos permitindo a entrada e saída desse íon em função dos gradientes de concentração e elétrico.
Em resposta a uma sinapse, canais de sódio se abrem e permitem a entrada de íons que ocasionam a despolarização da membrana.
Ao atingir o valor do limiar, canais de sódio sensíveis a voltagem localizados no ínicio do axônio se abrem e intensificam a despolarização da membrana, ocasionando a abertura de outros canais de sódio sensíveis a voltagem ao seu redor. Após um período de tempo aberto esses canais se fecham e não respondem mais à voltagem. Assim a abertura dos canais segue a direção do axônio, deixando para trás um período refratário.
A despolarização também ocasiona, mais lentamente, a abertura de canais de potássio sensíveis a voltagem, fazendo com que íons de potássio fluam do interior para o exterior da célula, ocasionando a repolarização da célula.