پتانسیل عمل (به انگلیسی: Action potential)‏ یک حادثه سریع است که در پتانسیل غشای سلولها (به ویژه نورونها) روی می‌دهد و پتانسیل داخل غشا به دلیل نفوذ یون سدیم بسرعت بالا می‌رود و سپس بسرعت پایین میاید.

پتانسیل عمل بر روی غشای تحریک پذیر یک سلول عصبی پدید می‌آید، طول اکسون را طی می‌کند و وظیفهٔ پیغام رسانی را بر عهده دارد.

پتانسیل عمل در نورونها

اطلاعات در طول نورون به‌شکل تکانهٔ شیمیائی - برقی حرکت می‌کند و از مناطق دندریتی به‌سوی انتهای آکسون می‌رود. توان ایجاد این پتانسیل عمل مختص نورون‌ها و ناشی از انبوه مجراهای یونی (jon channels) و تلمبه‌های یونی (jon pumps) موجود در غشاء یاخته است. مجراهای یونی همان مولکول‌های پروتئینی حلقوی است که منفذهای غشاء نورون را می‌سازند. این ساختارهای پروتئینی از راه باز و بسته کردن منفذها به تنظیم مبادلهٔ یون‌های دارای بار الکتریکی نظیر سدیم (+Na) و پتاسیم (+K) و کلسیم (++Ca) یا کلر (-Cl) می‌پردازند. هر مجرای یونی به‌صورت انتخابی عمل می‌کند و معمولاً فقط به یون معینی اجازهٔ عبور می‌دهد. ساختارهای پروتئینی (تلمبه‌های یونی) جداگانه‌ای از راه تلمبه‌کردن یون‌های گوناگون به درون یا بیرون نورون، آنها را در دو سوی غشاء یاخته با توزیعی نامتوازن نگه می‌دارند. تلمبهٔ یونی از همین راه در شرایط استراحت نورون، تراکم زیاد +Na را در بیرون و تراکم اندک آن را در درون نورون حفظ می‌کند. اثر کلی تلمبه‌ها و مجراهای یونی، قطبی‌سازی غشاء نورون است به‌طوریکه بار الکتریکی (charge) مثبت در بیرون غشاء و بار الکتریکی منفی در درون آن می‌ماند.

هرگاه نورون در حال استراحت تحریک شود، اختلاف ولتاژ دو سوی غشاء آن کاهش می‌یابد. اگر پتانسیل به اندازهٔ کافی کم شود، مجراهای +Na در نقطهٔ تحریک برای مدت کوتاهی باز شده و یون‌های سدیم به درون یاخته سرازیر می‌شوند. نام این فرایند ناقطبی‌شدن (depolarization) است. در این شرایط، بار الکتریکی درون آن ناحیه از غشاء یاخته نسبت به بیرون آن مثبت می‌شود. مجراهای +Na بعدی کاهش ولتاژ را درمی‌یابند و باز می‌شوند و درنتیجه منطقهٔ مجاور ناقطبی می‌شود. مجراهای +Na بعدی کاهش ولتاژ را درمی‌یابند و باز می‌شوند و درنتیجه منطقهٔ مجاور ناقطبی می‌شود. این فرایند خودنگهدارندهٔ (self - propagating) ناقطبی‌شدن (که در طول جسم یاخته تکرار می‌شود) تکانهٔ عصبی را شکل می‌دهد. همین‌که تکانهٔ عصبی از نقطه‌ای می‌گذرد مجراهای +Na بسته شده و تلمبه‌های یونی گوناگونی فعال می‌شوند تا غشاء یاخته را به‌سرعت به حالت استراحت برگردانند.