静息电位产生原理可以用“离子学说”来解释。离子学说认为：1.细胞内外各种离子的浓度分布是不均匀的。2.细胞膜对各种离子通透具有选择性。以神经细胞为例叙述静息电位与动作电位的产生原理。哺乳动类动物神经细胞内的K+浓度高于细胞外28倍，而Na+、Cl-细胞外浓度分别高于细胞内13倍和30倍。另外，细胞内的负离子主要是大分子有机负离子，如蛋白质等（以A-表示）。由于细胞膜对离子的通透是有选择的，当细胞处于静息状态时，细胞膜对K+的通透性大，对Na+的通透性较小，对A-几乎没有通透性，所以就形成在静息时K+向细胞外流动。所以，K+外流是静息电位形成的基础。随着K+外流，细胞膜两侧形成的外正内负的电场力会阻止细胞内K+的继续外流，当促使K+外流的浓度差形成向外扩散力与阻止K+外流的电场力相等时，K+的净移动量就会等于零。这时细胞内外的电位差就稳定在一定水平上，这就是静息电位。由于静息电位主要是K+由细胞内向外流动达到平衡时的电位值，所以又把静息电位称为K+平衡电位。
动作电位的产生原理也可以用离子学说来解释。离子学说认为，由于Na+在细胞外的浓度比细胞内高得多，它有由细胞外向细胞内扩散的趋势。而离子进出细胞是由细胞上的离子通道来控制的。在安静时膜上Na+通道关闭。当作业细胞上的刺激达到一定强度时（阈刺激），膜上的Na+通道被激活开放，Na顺浓度梯度瞬间大量内流，细胞内正电荷增加，导致电位急剧上升，负电位从静息电位水平减少到消失，进而出现内正外负的电位变化，形成锋电位的上升支，即去极化和反极化时相。当膜内正电位形成的电场力增大到足以对抗Na+内流时，膜电位达到一个新的平衡点，即Na+平衡电位。与此同时，Na+通道逐渐失活而关闭，K+通道逐渐被激活而重新开放，导致Na+内流停止，产生K+快速外流，细胞内电位迅速下降，恢复到兴奋前的负电位状态，形成动作电位的下降支，亦即复极化时相。
