Miera potenciāls ir sprieguma atšķirība starp šūnas membrānu, un to dažreiz sauc par miera spriegumu. Daži šūnu veidi, piemēram, neironi un muskuļu šūnas, izmanto atpūtas potenciālu, lai veiktu izmaiņas šūnā un ķermenī. Darbības potenciāls, muskuļu kontrakcija un līdzsvara procesu izveidošana vai maiņa šūnā ir saistīts ar membrānas miera potenciālu.
Citozolā vai šūnu iekšpusē, kā arī dažādos šūnu nodalījumos un organellās ir dažādas jonu koncentrācijas. Tā kā joni ir vai nu pozitīvi, vai negatīvi lādēti, tie rada lādiņa atšķirību starp šiem dažādajiem nodalījumiem, veidojot elektriskā potenciāla atšķirību. Bieži vien šūnas vēlēsies saglabāt šo atšķirību visā membrānā, izmantojot olbaltumvielu jonu sūkņus un kanālus. Ja tiek saglabāta elektriskā potenciāla starpība, to sauc par miera potenciālu.
Joni, kas visvairāk ir iesaistīti membrānas miera sprieguma veidošanā un uzturēšanā, ir nātrija (Na) un kālija (K) joni. Parasti K+ koncentrācija šūnā ir lielāka nekā ārpusē, savukārt Na+ koncentrācija ir lielāka ārpus šūnas nekā iekšpusē. Šo atšķirību uztur membrānas proteīna sūknis, ko sauc par Na+/K+-ATPāzi, kas izmanto adenozīna trifosfātu (ATP) enerģijai, lai uzturētu relatīvo koncentrāciju. Sūknis šūnā iekļauj trīs Na+ jonus uz katriem diviem eksportētajiem K+ joniem, nodrošinot šūnas iekšpusei negatīvāku lādiņu. Šis miera potenciāls ir īpaši svarīgs neironiem, kuri izmanto sprieguma starpību, lai aizdedzinātu darbības potenciālu.
Neironos un citās nervu sistēmas šūnās darbības potenciāls rodas, kad tiek traucēts atpūtas potenciāls. Darbības potenciāls sākas ar Na+ jonu ieplūšanu šūnā pa noteiktiem jonu kanāliem, kas, sasniedzot noteiktu slieksni, rada membrānas potenciāla depolarizāciju. Šeit tiek ģenerēts darbības potenciāls un elektriskais signāls tiek pārraidīts caur neironu. Pēc Na+ smailes atveras vairāk ar spriegumu atkarīgi jonu kanāli, atbrīvojot K+ no šūnas, darbības potenciāla solis ir pazīstams kā hiperpolarizācija, kurā membrānas potenciāls nokrītas zem parastā miera sprieguma. Pēc tam šūna atjauno savu miera potenciālu, izmantojot Na+/K+-ATPāzi repolarizācijas procesā.
Kalcija (Ca) joni ir svarīgi arī miera stāvoklī esošās membrānas potenciāla uzturēšanā muskuļu šūnās. Ca2+ joni tiek glabāti organellā, ko sauc par sarkoplazmas tīklu, kas satur proteīnu sūkņus, lai nodalījumā uzturētu augstu Ca2+ koncentrāciju. Kad muskuļu šūnai tiek likts sarauties, elektrisks signāls iedarbina sarkoplazmas tīklu, izmantojot miera potenciālu. Pēc tam nodalījums spēj atvērties, šūnā izdalot Ca2+ jonus, kas saistās ar šķiedrām, kas ļauj muskuļiem sarauties.