Ionenpumpen, innerhalb der Zellmembranen wirkende Stoffwechselzyklen, die Ionen gegen einen bestehenden Konzentrationsgradienten transportieren können.
Das bioelektrische Membranpotenzial der Nerven z. B. beruht auf einer unterschiedlichen Verteilung von Na⁺- und K⁺-Ionen. Die hohe Konzentration an K⁺-Ionen im Nerveninneren und das Überwiegen der Na⁺-Ionen in der umgebenden Flüssigkeit führt zur Ausbildung eines Normalpotenzials von -60 mV. Die zur Erhaltung des Ionenungleichgewichts erforderliche Energie entstammt vor allem dem ATP, das bei der oxidativen Phosphorylierung erhalten wird. Bei einer Reizung der Nerven kommt es zu einer Permeabilitätsänderung und Polarisationsumkehr. Na⁺-Ionen wandern in den Innenraum, K⁺-Ionen strömen aus. Nach wenigen Millisekunden wird der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt. Die Na⁺-Ionen werden aus dem Innenraum "herausgepumpt". Ursache der plötzlichen Permeabilitätsänderungen sind wahrscheinlich Strukturänderungen der Membranproteine, die durch freigesetztes Acetylcholin ausgelöst werden.