膜電位的產生一些關鍵離子在細胞內外的不均等分佈及選擇性的透膜移動，是形成膜電位的基礎。每種離子的跨膜滲透都是相對獨立的，這種現象又叫做離子運動的獨立性法則。產生膜電位的重要離子主要有Na，K和A（帶負電荷的細胞內的大蛋白質分子，僅存在細胞內，且膜對它無通透性）。

其他例子，如Ca、Cl、Mg等在大多數細胞中對靜息電位無直接貢獻。靜息電位（極化狀態）靜息電位即細胞在靜息狀態下的電位。細胞膜內的細胞內液和膜外的細胞間液都是導電的電解質。由於跨膜電位的存在，細胞處於靜息狀態時的電學模型，可視為膜內負膜外正、電荷均勻分佈的閉合曲面電偶層，此時膜外空間各點的電勢為零。

處於靜息狀態的細胞，維持正常的新陳代謝，靜息電位總是穩定在一定的水平上。對整個細胞而言，對外不顯電性，此時細胞所處的狀態稱為極化。神經元、肌細胞等活組織細胞處於靜息狀態時，膜內的電位較膜外為負，相差70-90mV，稱極化狀態，是細胞膜電位的常態。

這種膜內外的電位差成為靜息電位或膜電位。