Para entender las características del potencial de acción pensemos en un experimento ideal. Podemos disponer de un axón gigante. Podría ser el de una jibia, que puede alcanzar hasta 700 micrones de diámetro. Dicho axón se colocaría en condiciones adecuadas de composición iónica, de pH y de temperatura. Si disponemos, además, de un equipo estandar para estudios de registros intracelulares (osciloscopio, preamplificador) podremos "ver" el potencial de acción con registro intracelular. Pero, debemos disponer además, de los llamados ultramicroelectrodos, que son microelectrodos de vidrio con una punta tan fina (< a 0.1 m de diámetro externo) que solo es posible verla con el microscopio electrónico. Por ello, estos electrodos estan llenos con un sistema conductor líquido, representado por una solución salina de alta concentración, por ejemplo, K⁺-Cl^-, 2 M. Además del microelectrodo de registro, se utiliza otro electrodo, de referencia, que permite cerrar el circuito del sistema.

Al estar ubicados los electrodos sobre la superficie del axón veremos que en la pantalla del osciloscopio el barrido se ubica en una cierta posición, que se puede modificar a voluntad, y sin mostrar perturbación alguna. (52-A).

Al introducir el microelectrodo en el axón, el barrido cambiará bruscamente de posición. Según las conexiones que se muestran en el esquema, se ubicará en la parte baja de la pantalla y la distancia entre ambas posiciones representará el valor del potencial de "reposo" de la neurona, que corresponde a la diferencia de potencial que existe entre el lado externo y el interno de la membrana, alrededor de –70 mV (52-B).

Si, en seguida, usamos los electrodos de estímulo eléctrico, aplicados a la superficie del axón, podremos estudiar el efecto de esos estímulos sobre el axón. Se pueden usar estímulos de intensidad variable, entre 0.5 y 10 volts, de 1 mseg de duración. Empezaremos a estimular con estímulos de baja intensidad (0.5 volts), la cual aumentaremos gradualmente. Veremos que con los estímulos de baja intensidad no hay perturbaciones en el barrido, con excepción de una pequeña deflexión vertical, el artefacto, que indica el momento en que llega el estímulo eléctrico al axón (52-C). Al alcanzar unos 3.0 volts de intensidad (estímulo umbral), observamos que además del artefacto, aparece en la pantalla del osciloscopio una gran deflexión, como una V invertida, que dura 3-5 mseg. Es el potencial de acción (52-D). A partir de ese nivel de intensidad, cada vez que apliquemos un estímulo observaremos la aparición de un potencial de acción. Pero también observaremos que todos los potenciales de acción tienen el mismo tamaño (ley del todo o nada). Observaremos también que el potencial de acción consiste en una deflexión del barrido, hacia arriba, que alcanza el potencial cero (ubicación que tenía el barrido antes de la penetración con el microelectrodo en el axón) y lo sobrepasa en alrededor de 30 mV. Se alcanza, entonces, en esta fase ascendente del potencial de acción un desplazamiento equivalente a 100 mV. Pero al alcanzar esa magnitud de cambio, el desplazamiento se detiene bruscamente (inactivación) para volver a caer a la posición que tenía antes de la aplicación del estímulo. Esta trayectoria es la fase descendente del potencial de acción.