Zarówno hamujące potencjały postsynaptyczne (IPSP), jak i pobudzające potencjały postsynaptyczne (EPSP) są sumowane we wzgórku aksonu i po przekroczeniu progu wyzwalającego, potencjał czynnościowy propaguje się przez resztę aksonu (i „wstecz” w kierunku dendrytów, jak to widać w neuronalnej wstecznej propagacji). Wyzwalanie jest spowodowane dodatnim sprzężeniem zwrotnym między wysoce zatłoczonymi kanałami sodowymi bramkowanymi napięciem, które są obecne w krytycznej gęstości we wzgórku aksonu (i węzłach ranviera), ale nie w somie.
W stanie spoczynku neuron jest spolaryzowany, z jego wnętrzem przy około -70 mV w stosunku do otoczenia. Kiedy pobudzający neuroprzekaźnik jest uwalniany przez neuron presynaptyczny i wiąże się z postsynaptycznymi kolcami dendrytycznymi, kanały jonowe bramkowane ligandami otwierają się, umożliwiając jonom sodu wejście do komórki. Może to spowodować depolaryzację (zmniejszenie ujemnego ładunku) błony postsynaptycznej. Depolaryzacja ta będzie się przemieszczać w kierunku wzgórza aksonalnego, zmniejszając się wykładniczo z czasem i odległością. Jeśli w krótkim czasie wystąpi kilka takich zdarzeń, wzgórze aksonalne może ulec wystarczającej depolaryzacji, aby otworzyć napięciowo zależne kanały sodowe. To inicjuje potencjał czynnościowy, który następnie propaguje się w dół aksonu.
Jak sód wchodzi do komórki, potencjał błony komórkowej staje się bardziej dodatni, co aktywuje jeszcze więcej kanałów sodowych w błonie. Napływ sodu ostatecznie wyprzedza odpływ potasu (przez dwuporowe kanały potasowe lub kanały przeciekowe, inicjując pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego (faza wznosząca). Przy około +40 mV, napięciowo bramkowane kanały sodowe zaczynają się zamykać (faza szczytowa), a napięciowo bramkowane kanały potasowe zaczynają się otwierać, przenosząc potas w dół gradientu elektrochemicznego i poza komórkę (faza opadająca).
Kanały potasowe wykazują opóźnioną reakcję na repolaryzację błony, i nawet po osiągnięciu potencjału spoczynkowego, część potasu nadal wypływa, co skutkuje płynem wewnątrzkomórkowym, który jest bardziej ujemny niż potencjał spoczynkowy, i podczas którego nie może rozpocząć się żaden potencjał czynnościowy (faza niedomknięcia/okres refrakcji). Ta faza undershoot zapewnia, że potencjał czynnościowy propaguje się w dół aksonu, a nie z powrotem w górę.
Po zainicjowaniu tego początkowego potencjału czynnościowego, głównie we wzgórzu aksonalnym, propaguje się on w dół długości aksonu. W normalnych warunkach, ze względu na porowatą naturę błony komórkowej, potencjał czynnościowy bardzo szybko ulega osłabieniu. Aby zapewnić szybszą i bardziej efektywną propagację potencjałów czynnościowych, akson jest mielinowany. Mielina, pochodna cholesterolu, działa jak izolująca powłoka i zapewnia, że sygnał nie może uciec przez kanały jonowe lub kanały przeciekowe. Istnieją jednak szczeliny w izolacji (węzły ranviera), które zwiększają siłę sygnału. Gdy potencjał czynnościowy dociera do węzła Ranviera, depolaryzuje on błonę komórkową. Gdy błona komórkowa ulega depolaryzacji, napięciowo bramkowane kanały sodowe otwierają się i sód wdziera się do środka, wyzwalając nowy potencjał czynnościowy.