Містяться в клітці катіони частково пов'язані з неорганічними (С1, НР04), частково з органічними аніонами (до останніх відносяться радикали аспарагінової, оцтової, піровиноградної, молочної, фумарової, янтарної, изетионовой, глутамінової кислот і ін). З допомогою радіоактивних ізотопів іонів калію і натрію були визначені швидкості пересування цих іонів в обох напрямках (з вмісту клітини в навколишнє її середовище і назад). При перерахунку на 1 см2 поверхні клітинної мембрани вони становлять для різних клітин в стані спокою від 10-11 до 5·10-11 моль/з (А. Р. Пасынский, 1968). Таким чином, у клітці містяться, з одного боку, вільно дифундує іони калію і натрію і з іншого - недиффундирующие іони білків, фосфоліпідів, аніони амінокислот. Виникає цілком законне питання: як при наявності експериментально доведеною проникності клітинної мембрани для іонів калію, так і натрію пояснити настільки стійко існує відмінність в концентраціях цих іонів всередині і поза клітини.
Задовільного і загальноприйнятого відповіді на це питання до цього часу не дано. Найбільш популярну теорію, яка намагається пояснити відмінність в концентраціях іонів калію і натрію по обидва боки клітинної мембрани і пов'язані з цим біоелектричні явища, запропонували A. L. Hodgkin е. а. (1965).
Згідно цієї концепції клітинна мембрана в стані спокою набагато більш проникна для іонів калію (в 20-100 разів), ніж для іонів натрію. Існуюча по обидві сторони мембрани різниця в концентраціях калію є причиною спостерігається потенціалу спокою, в основі якого лежить так зване рівновагу Доннана.
Останнє виникає у всіх випадках, коли напівпроникна мембрана розділяє два розчини, що містять як загальні, так і різні іони, для частини яких вона не проникна.
Різниця у концентраціях по обидві сторони мембрани є джерелом різниці потенціалів, яка і отримала назву доннановского або мембранного потенціалу. Мембрана в спокої проникна для іонів калію, але не проникна для пов'язаного з ним аніона. Підрахунки показують, що потенціал рівноваги, що виникає на мембрані, вибірково проникною для іонів калію, коливається в межах 70-99 мВ. Такий потенціал і визначається в живих клітинах.
Можна було б, з іншого боку, допустити, що потенціал спокою обумовлений іонами натрію, концентрація якого поза клітини набагато більше, ніж усередині, за умови, що мембрана проникна для іонів Cl та непроникна для іонів натрію. Але ретельно проведені експерименти переконливо говорять проти такого припущення. Вимивання хлориду натрію із зовнішнього середовища (наприклад, ізотонічним розчином глюкози) повинно було б спричинити за собою зменшення (аж до повного зникнення) потенціалу спокою. Насправді ж він у цьому випадку не тільки зменшується, а навіть зростає. На противагу цьому збільшення концентрації калію у оточуючої клітину рідини призводить до зменшення і навіть зникнення потенціалу спокою і подальшої втрати клітиною збудливості. З видаленням надлишкового калію із зовнішнього середовища відновлюється потенціал спокою, а разом з ним - і збудливість.
Виникнення збудження в клітці супроводжується різким падінням опору мембрани на цій ділянці.
У своїй чудовій роботі Cole, Curtis (1942) вимірювали опір мембрани в період спокою і активності з допомогою двох електродів, поміщених на протилежних сторонах гігантського аксона кальмара на лінії, перпендикулярній до осі. Згідно з отриманими ними даними, опір мембрани під час активності зменшується в 40 разів в порівнянні із спокоєм.
