心肌在静息状态下，其细胞膜内电位呈现出负值，大约为-90毫伏，这种极化状态是由于心肌细胞内部富含的钾离子（K+）大量向细胞外流动所造成的。当心肌细胞受到刺激，会经历一个称为动作电位（Action Potential, AP）的电位变化过程。
AP的形成经历五个阶段：首先在0相，细胞膜快速去极化，这是由于钠离子（Na+）快速流入细胞内部。接下来的1相是快速复极化初期，短暂的钾离子外流起主导作用。2相，也就是平台期，细胞电位缓慢复极，这时候钙离子（Ca2+）以及少量的钠离子继续内流，同时钾离子外流也在进行。
3相是快速复极末期，主要由钾离子的持续外流决定。从0相到3相的整个过程，被称为动作电位时程（Action Potential Duration, APD）。在4相，细胞进入静息期，非自律细胞会保持在静息电位水平。而在自律性细胞中，4相则会出现自动去极化，这种现象由一种钠离子内向电流引发，对于自律性细胞的电活动起着关键作用。