Zoals alle sensorische cellen (lichaamsvoelsprieten) hebben de nociceptoren een rust potentiaal (spanningsverschil in rust). Alleen na stimulatie (prikkeling) openen de ionen (elektrisch geladen deeltjes) kanaaltjes en vindt depolarisatie (ontlading) plaats. Gewoonlijk duurt dit zo lang als de stimulatie actief is. De mate waarin dit plaatsvindt hangt af van de intensiteit van de stimulatie. Deze receptor potentiaal wordt omgezet in een reeks aktiepotentialen, waarvan de frequentie toeneemt met de hoogte van de amplitude (golfvorm) van de receptor potentiaal (de intensiteit van stimulatie).
een sensorische cel heeft een inwendige negatieve lading van 60 tot 100 mV (milliVolt) ten opzichte van de omgeving buiten de cel. Dit wordt veroorzaakt door een verschil in concentratie van elektrisch geladen deeltjes (ionen) binnen en buiten de cel. Zodra een prikkel van buitenaf een bepaald spanningsverschil overschreidt, openen zich de zogenaamde natrium kanaaltjes voor korte tijd
(< 1ms (milliseconde)), en het spanningsverschil over de celwand (membraanpotentiaal) daalt in zeer korte tijd (< 0,1ms). Het inwendige van de cel wordt zelfs kortdurend positief ten opzichte van de omgeving.
Door de snelle afname van doorlaatbaarheid van de celwand voor natrium ionen en een langzame toename van de doorlaatbaarheid voor kalium ionen (natrium-kalium pomp) wordt de rustpotentiaal hersteld. Gedurende 2ms na een aktiepotentiaal is de zenuwcel (vezel) niet prikkelbaar omdat de natrium-kalium pomp aktief is (repolarisatie fase). Daarom is de maximale frequentie waarmee een aktiepotentiaal kan worden opgeroepen en zich kan voortplanten over de zenuwvezels 500Hz (Hertz). Naast de afferente zenuwbanen, die het pijn signaal naar het centrale zenuwstelsel (CZS) sturen bestaan er efferente zenuwbanen, waarvan de vezels hun oorsprong hebben op verschillende niveau’s van het CZS. Deze efferente zenuwbanen hebben een pijndempend effect en regelen de instroom van nociceptieve prikkels.