Inhibiční postsynaptické potenciály (IPSPs) i excitační postsynaptické potenciály (EPSPs) se v axonovém pahorku sčítají a po překročení spouštěcího prahu se akční potenciál šíří zbytkem axonu (a „zpět“ směrem k dendritům, jak je vidět u zpětného šíření neuronu). Spouštění je způsobeno pozitivní zpětnou vazbou mezi vysoce přeplněnými napěťově řízenými sodíkovými kanály, které jsou přítomny v kritické hustotě v axonovém hýlku (a Ranvierových uzlech), ale ne v somatu.
V klidovém stavu je neuron polarizován, s vnitřním napětím přibližně -70 mV vzhledem k okolí. Když presynaptický neuron uvolní excitační neurotransmiter a naváže se na postsynaptické dendritické trny, otevřou se ligandem řízené iontové kanály, které umožní vstup sodíkových iontů do buňky. Tím se postsynaptická membrána může stát depolarizovanou (méně negativní). Tato depolarizace se šíří směrem k axonálnímu pahorku a s časem a vzdáleností se exponenciálně zmenšuje. Pokud dojde k několika takovým událostem v krátkém čase, může se axonový pahorek dostatečně depolarizovat, aby se napěťově řízené sodíkové kanály otevřely. To iniciuje akční potenciál, který se pak šíří dolů axonem.
Při vstupu sodíku do buňky se potenciál buněčné membrány stává pozitivnějším, což aktivuje ještě více sodíkových kanálů v membráně. Příliv sodíku nakonec předstihne odliv draslíku (prostřednictvím dvoupórových draslíkových kanálů nebo únikových kanálů, čímž se spustí smyčka pozitivní zpětné vazby (vzestupná fáze). Přibližně při +40 mV se napěťově řízené sodíkové kanály začnou uzavírat (fáze vrcholu) a napěťově řízené draslíkové kanály se začnou otevírat, čímž se draslík přesune po elektrochemickém gradientu dolů a ven z buňky (fáze poklesu).
Draslíkové kanály vykazují zpožděnou reakci na repolarizaci membrány a i po dosažení klidového potenciálu část draslíku nadále vytéká ven, což vede k tomu, že intracelulární tekutina je negativnější než klidový potenciál a během ní nemůže začít žádný akční potenciál (undershoot fáze/refrakterní perioda). Tato undershoot fáze zajišťuje, že se akční potenciál šíří dolů po axonu, a ne zpět nahoru.
Jakmile je tento počáteční akční potenciál iniciován, hlavně v axonálním pahorku, šíří se po celé délce axonu. Za normálních podmínek by akční potenciál velmi rychle zeslábl kvůli porézní povaze buněčné membrány. Pro zajištění rychlejšího a účinnějšího šíření akčních potenciálů je axon myelinizován. Myelin, derivát cholesterolu, funguje jako izolační plášť a zajišťuje, že signál nemůže uniknout iontovými nebo únikovými kanály. V izolaci jsou nicméně mezery (ranvierovy uzly), které zvyšují sílu signálu. Když akční potenciál dosáhne Ranvierova uzlu, depolarizuje buněčnou membránu. Jakmile je buněčná membrána depolarizována, napěťově řízené sodíkové kanály se otevřou a sodík vtrhne dovnitř, čímž se spustí nový akční potenciál.