Membránový potenciál je definovaný ako rozdiel elektrického potenciálu medzi vonkajšou a vnútornou stranou biologickej membrány. Fyzikálne ide o napätie polarizovanej polopriepustnej membrány – napríklad na membráne nervového vlákna je jeho hodnota cca 80 mV. Príčinou vzniku je odlišná koncentrácia iónov Na⁺, K⁺ a Cl^- na oboch stranách membrány, pričom vonkajšia plocha nesie kladný a vnútorná záporný náboj. Táto nerovnováha koncentrácií je udržiavaná transportnými systémami plazmatickej membrány, ktoré aktívne prenášajú ióny do a z bunky.
Významnú úlohu pri udržiavaní membránového potenciálu zohrávajú aj ióny Ca²⁺, konkrétne ich koncentrácia v samotnej bunke. Nepodieľajú sa významnejšie na jeho hodnote priamo, no ovplyvňujú priepustnosť membrány pre Na⁺, K⁺ a Cl^-.

Veľkosť membránového potenciálu určujú:

• rozdielne koncentrácie iónov na oboch stranách membrány (Na⁺ a Cl^- mimo bunky, K⁺ a záporne nabité proteíny v bunke)
• vlastnosťami plazmatickej membrány, ktorá je rôzne priepustná pre rôzne ióny (tzv. semipermeabilná membrána); napr. je prakticky nepriepustná pre ióny sodíka
• činnosť Na-K pumpy, ktorá transportuje ióny v pomere: 3 Na⁺ von z bunky  – 2 K⁺ do bunky. Na túto činnosť je potrebná energia ATP.

Stabilná hodnota membránového potenciálu je riadená systémom negatívnej spätnej väzby.

• Akčný potenciál

• KITTNAR, Otomar a kol. Lékařská fyziologie. Praha : Grada, 2011. ISBN 978-80-247-3068-4. (po česky)