Sekä inhibitoriset postsynaptiset potentiaalit (IPSP) että eksitatoriset postsynaptiset potentiaalit (EPSP) summautuvat aksonikukkulassa, ja kun laukaiseva kynnysarvo ylittyy, toimintapotentiaali etenee aksonin muissa osissa (ja ”taaksepäin” kohti dendriittejä, kuten neuraalisessa takaisinkulkeutumisessa). Laukaisu johtuu positiivisesta takaisinkytkennästä erittäin täyteen ahdettujen jänniteohjattujen natriumkanavien välillä, joita on kriittisessä tiheydessä aksonikukkulassa (ja ranvierin solmupisteissä), mutta ei somassa.
Lepotilassaan neuroni on polarisoitunut ja sen sisäpuoli on noin -70 mV:n jännitteessä ympäristöönsä nähden. Kun presynaptinen neuroni vapauttaa eksitatorista välittäjäainetta ja se sitoutuu postsynaptisiin dendriittisiin piikkeihin, ligandi-ohjatut ionikanavat avautuvat, jolloin natriumionit pääsevät soluun. Tämä voi tehdä postsynaptisesta kalvosta depolarisoituneen (vähemmän negatiivisen). Tämä depolarisaatio etenee kohti aksonikukkulaa ja vähenee eksponentiaalisesti ajan ja etäisyyden myötä. Jos lyhyessä ajassa tapahtuu useita tällaisia tapahtumia, aksonikumpu voi depolarisoitua riittävästi, jotta jänniteohjatut natriumkanavat avautuvat. Tämä käynnistää toimintapotentiaalin, joka sitten etenee aksonia pitkin.
Natriumin tunkeutuessa soluun solukalvon potentiaali muuttuu positiivisemmaksi, mikä aktivoi vielä enemmän natriumkanavia kalvossa. Natriumin sisäänvirtaus ohittaa lopulta kaliumin ulosvirtauksen (kaksihuokoisilla kaliumkanavilla tai vuotokanavilla, jolloin käynnistyy positiivinen takaisinkytkentäsilmukka (nouseva vaihe). Noin +40 mV:n kohdalla jänniteohjatut natriumkanavat alkavat sulkeutua (huippuvaihe) ja jänniteohjatut kaliumkanavat alkavat avautua, jolloin kalium siirtyy alaspäin sähkökemiallisessa gradientissa ja ulos solusta (laskuvaihe).
Kaliumkanavilla on viivästynyt reaktio kalvon repolarisaatioon, ja lepopotentiaalin saavuttamisen jälkeenkin osa kaliumista virtaa edelleen ulos, jolloin solunsisäinen neste on negatiivisempi kuin lepopotentiaali ja jonka aikana ei voi alkaa toimintapotentiaalia (undershoot-vaihe/refractory period). Tämä alitusvaihe varmistaa, että toimintapotentiaali etenee aksonia alaspäin eikä takaisin ylöspäin.
Kun tämä ensimmäinen toimintapotentiaali on käynnistynyt, pääasiassa aksonikukkulassa, se etenee aksonin pituutta pitkin. Normaalioloissa toimintapotentiaali vaimenisi hyvin nopeasti solukalvon huokoisen luonteen vuoksi. Toimintapotentiaalien nopeamman ja tehokkaamman etenemisen varmistamiseksi aksoni on myelinisoitunut. Myeliini, kolesterolin johdannainen, toimii eristävänä vaippana ja varmistaa, että signaali ei pääse karkaamaan ioni- tai vuotokanavien kautta. Eristeessä on kuitenkin aukkoja (nodes of ranvier), jotka lisäävät signaalin voimakkuutta. Kun toimintapotentiaali saavuttaa Ranvierin solmun, se depolarisoi solukalvon. Kun solukalvo depolarisoituu, jänniteohjatut natriumkanavat avautuvat ja natrium syöksyy sisään laukaisten uuden toimintapotentiaalin.