تحافظ القنوات الأيونية على إمكانات الغشاء للخلية. بالنسبة لمعظم الخلايا ، وخاصة الخلايا القابلة للاستثارة ، يكون للداخل شحنة سالبة أكثر من الخارج للخلية ، وذلك بسبب وجود عدد أكبر من الأيونات السالبة من الأيونات الموجبة. بالنسبة للخلايا القابلة للاستثارة ، مثل إطلاق الخلايا العصبية ، أو تقلص الخلايا العضلية ، أو خلايا اللمس الحسية ، يجب أن تكون إمكانات الغشاء قادرة على التغيير بسرعة من جهد غشائي سالب إلى جهد غشائي أكثر إيجابية. لتحقيق ذلك ، تعتمد الخلايا على نوعين من القنوات الأيونية: قنوات ذات بوابات الربيطة و قنوات ذات بوابات الجهد الكهربي.

القنوات الأيونية ذات ابواب الربيطة ، وتسمى أيضاً المستقبلات المؤثرة على الأيونات ، هي بروتينات عبر الغشاء تشكل قناة ولكن لها أيضاً موقع ربط. عندما ترتبط الزبيطة بالسطح ، فإنها تفتح القناة الأيونية. تشمل المستقبلات المؤثرة علي الايونات الشائعة مستقبلات NMDA و كينات و الغلوتامات AMPA ومستقبلات الأسيتيل كولين النيكوتينية. في حين يتم تنشيط غالبية المستقبلات المؤثرة على الأيونات عن طريق الارتباط خارج الخلية للناقلات العصبية مثل الجلوتامات أو الأسيتيل كولين ، يمكن تنشيط عدد قليل داخل الخلايا بواسطة الأيونات نفسها.

عندما ترتبط الربيطة ، مثل الجلوتامات أو الأسيتيل كولين ، بمستقبلاته فإنه يسمح بتدفق أيونات الصوديوم (Na⁺) والكالسيوم (Ca²⁺) إلى الخلايا. تتبع الأيونات الموجبة ، أو الكاتيونات ، تدرجها الكهروكيميائي ، وتنتقل من السطح خارج الخلية الأكثر إيجابية إلى السطح داخل الخلايا الأقل إيجابية (الأكثر سلبية). يؤدي هذا إلى تغيير إمكانات الغشاء بالقرب من المستقبل ، والتي يمكنها بعد ذلك تنشيط القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي القريبة لنشر التغيير في جهد الغشاء في جميع أنحاء الخلية.

تسمح قناة أيون ليجند أخرى ، وهي مستقبلات جابا_A بدخول أيون كلوريد (Cl^-) الى الخلايا. هذا في الواقع يقلل من جهد الغشاء ، ويحد من تأثيرات التكاثر ويثبط الخلية القابلة للاستثارة.

تفتح أو تغلق القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي استجابةً للتغيرات في جهد الغشاء ، كما هو الحال عند فتح قناة أيونية مجاورة ذات بوابات الربيطة. هناك عدة أنواع مختلفة من القنوات ذات الجهد الكهربائي التي لها نفاذية انتقائية ، مما يعني أن الأيونات يتم ترشيحها حسب الحجم والشحنة. تعتبر قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي مهمة لتقلص العضلات وإطلاق الناقل العصبي. تعمل قنوات البوتاسيوم على إعادة استقطاب غشاء الخلية بعد جهد فعل. تفتح قنوات البروتون ذات بوابة الجهد الكهربائي أثناء إزالة الاستقطاب لإزالة البروتونات من الخلية.

قد تلعب القنوات الأيونية دوراً في الصداع النصفي. الأم الجافية هي غطاء واقي للدماغ. تعصبها عدة أعصاب قحفية. يُفترض أن الصداع النصفي ينشأ في هذه الأعصاب. قد تعمل كل من القنوات الأيونية المرتبطة بالربيطة والجهد في الأم الجافية على تقوية إشارات الألم عن طريق تغيير جهد الغشاء.