抑制性放出後電位（IPSP）と興奮性放出後電位（EPSP）の両方が軸索小丘で加重され、トリガーしきい値を超えると、活動電位が軸索の残りの部分（および神経逆伝播（英語版）で見られるように樹状突起へ向かって「逆方向」）へと伝播する。このトリガーは、軸索小丘（およびランヴィエ絞輪）に臨界密度で存在するが細胞体には存在しない、高度に密集した電位依存性ナトリウムチャネル間のポジティブフィードバックによるものである。
休止状態において、神経細胞は分極しており、内部は周囲に対して約−70 mVである。シナプス前細胞によって神経伝達物質が放出され、シナプス後の樹状突起棘に結合すると、リガンド依存性イオンチャネルが開き、ナトリウムイオンが細胞内に流入する。これにより、シナプス後膜が脱分極（負の電位が減少）することがある。この脱分極は軸索小丘に向かって移動し、時間と距離とともに指数関数的に減少する。このような事象が短時間内に数回発生すると、軸索小丘は電位依存性ナトリウムチャネルが開くのに十分なほど脱分極する場合がある。これにより活動電位が開始され、軸索を伝わって伝播していく。
ナトリウムが細胞内に流入すると、細胞膜電位はより正になり、膜内のさらに多くのナトリウムチャネルを活性化させる。ナトリウムの流入は最終的に（直列ポアドメインカリウムチャネルまたは「漏洩チャネル」を介した）カリウムの流出を上回り、ポジティブフィードバックループ（上昇相）を開始する。約+40 mVで電位依存性ナトリウムチャネルが閉じ始め（ピーク相）、電位依存性カリウムチャネルが開き始め、カリウムが電気化学的勾配に従って細胞外へ移動する（下降相）。
カリウムチャネルは膜の再分極に対して遅延反応を示し、静止膜電位に達した後でも一部のカリウムが流出し続けるため、細胞内液が静止電位よりも負になり、その間は活動電位が開始できない状態となる（アンダーシュート相／不応期）。このアンダーシュート相により、活動電位は軸索の上方ではなく下方へと伝播することが保証される。
主に軸索小丘で開始されたこの最初の活動電位は、軸索の長さを伝わっていく。通常の条件下では、細胞膜の浸透性により活動電位は非常に急速に減衰する。活動電位のより速く効率的な伝播を確実にするために、軸索は有髄化されている。コレステロール誘導体であるミエリンは絶縁鞘として機能し、信号がイオンチャネルや漏洩チャネルから逃げないようにする。それにもかかわらず、絶縁には隙間（ランヴィエ絞輪）があり、これが信号強度を増幅させる。活動電位がランヴィエ絞輪に達すると、細胞膜を脱分極させる。細胞膜が脱分極すると電位依存性ナトリウムチャネルが開き、ナトリウムが流入して、新たな活動電位が誘発される。
