Az axon hillockban mind a gátló posztszinaptikus potenciálok (IPSPs), mind a gerjesztő posztszinaptikus potenciálok (EPSPs) összegződnek, és amint egy kiváltási küszöbértéket túllépnek, egy akciós potenciál terjed az axon többi részén (és “visszafelé” a dendritek felé, ahogy az a neurális visszaterjedésnél látható). A kiváltás az erősen zsúfolt feszültségkapcsolt nátriumcsatornák közötti pozitív visszacsatolásnak köszönhető, amelyek kritikus sűrűségben vannak jelen az axondombon (és a Ranvier-csomópontokban), de nem a szómában.
Nyugalmi állapotában a neuron polarizált, a belseje körülbelül -70 mV-on van a környezetéhez képest. Amikor egy gerjesztő neurotranszmitter szabadul fel a preszinaptikus neuronból, és kötődik a posztszinaptikus dendritikus tüskékhez, ligandumkapcsolt ioncsatornák nyílnak meg, lehetővé téve a nátriumionok bejutását a sejtbe. Ezáltal a posztszinaptikus membrán depolarizálódhat (kevésbé negatív). Ez a depolarizáció az axondomb felé halad, az idővel és a távolsággal exponenciálisan csökken. Ha rövid időn belül több ilyen esemény történik, az axondomb eléggé depolarizálódhat ahhoz, hogy a feszültségkapcsolt nátriumcsatornák megnyíljanak. Ez akciós potenciált indít el, amely aztán lefelé terjed az axonban.
Amint a nátrium belép a sejtbe, a sejtmembrán-potenciál pozitívabbá válik, ami még több nátriumcsatornát aktivál a membránban. A nátrium beáramlása végül megelőzi a kálium kiáramlását (a kétpórusú doménes káliumcsatornákon vagy szivárgáscsatornákon keresztül, pozitív visszacsatolási hurkot indítva el (emelkedő fázis). Kb. +40 mV-nál a feszültségkapcsolt nátriumcsatornák záródni kezdenek (csúcsfázis), és a feszültségkapcsolt káliumcsatornák nyitni kezdenek, a káliumot lefelé mozgatva az elektrokémiai gradiensén és ki a sejtből (csökkenő fázis).
A káliumcsatornák késleltetett reakciót mutatnak a membrán repolarizációjára, és még a nyugalmi potenciál elérése után is folyik ki némi kálium, ami a nyugalmi potenciálnál negatívabb intracelluláris folyadékot eredményez, és amely alatt nem indulhat el akciós potenciál (aláhajtási fázis/refrakteriális időszak). Ez az aláhúzási fázis biztosítja, hogy az akciós potenciál lefelé terjedjen az axonban, és ne visszafelé.
Amikor ez a kezdeti akciós potenciál elindul, főleg az axondombon, az axon hosszában terjed. Normális körülmények között az akciós potenciál a sejtmembrán porózus jellege miatt nagyon gyorsan csillapodna. Az akciós potenciálok gyorsabb és hatékonyabb terjedésének biztosítása érdekében az axon myelinizált. A koleszterin származéka, a mielin szigetelőhüvelyként működik, és biztosítja, hogy a jel ne tudjon elszökni az ion- vagy szivárgási csatornákon keresztül. A szigetelésben mindazonáltal vannak rések (Ranvier-csomópontok), amelyek fokozzák a jelerősséget. Amint az akciós potenciál eléri a Ranvier-csomópontot, depolarizálja a sejtmembránt. Ahogy a sejtmembrán depolarizálódik, a feszültségkapcsolt nátriumcsatornák megnyílnak, és nátrium áramlik be, ami újabb akciós potenciált vált ki.