Các sợi trục khổng lồ của mực ống dài bờ (Doryteuthis pealeii) rất quan trọng để các nhà khoa học hiểu được điện thế hoạt động.[47]

Nghiên cứu về điện thế hoạt động đã yêu cầu phát triển các phương pháp thử nghiệm mới. Công việc ban đầu, trước năm 1955, được thực hiện chủ yếu bởi Alan Lloyd Hodgkin và Andrew Fielding Huxley, người cùng với John Carew Ecère, đã trao giải thưởng Nobel về sinh lý học hoặc y học năm 1963 vì những đóng góp của họ cho sự mô tả về cơ sở ion của dây thần kinh dẫn. Nó tập trung vào ba mục tiêu: cô lập tín hiệu từ neuron đơn hoặc sợi trục thần kinh, phát triển nhanh chóng, điện tử nhạy cảm, và co lại điện cực đủ mà điện thế bên trong tế bào đơn có thể được ghi lại.

Vấn đề đầu tiên được giải quyết bằng cách nghiên cứu các sợi trục khổng lồ được tìm thấy trong các neuron mực (Loligo forbesii và Doryteuthis pealeii, tại thời điểm được phân loại là Loligo pealeii).[lower-alpha 45] Những sợi trục này có đường kính rất lớn (khoảng 1   mm, hoặc lớn hơn 100 lần so với một neuron thông thường) mà chúng có thể nhìn thấy bằng mắt thường, khiến chúng dễ dàng trích xuất và thao tác.[lower-alpha 9][lower-alpha 46] Tuy nhiên, chúng không đại diện cho tất cả tế bào dễ bị kích thích và nhiều hệ thống khác có điện thế hoạt động đã được nghiên cứu.

Vấn đề thứ hai được giải quyết với sự phát triển quan trọng của kẹp điện thế,[lower-alpha 47] cho phép các nhà thí nghiệm nghiên cứu dòng ion ẩn điện thế hoạt động trong sự cô lập và loại bỏ nguồn nhiễu điện tử quan trọng, dòng điện I C liên quan đến điện dung C của màng.[48] Vì dòng điện bằng C nhân với tốc độ thay đổi của điện thế màng V m, nên giải pháp là thiết kế mạch giữ V m cố định (tốc độ thay đổi bằng 0) bất kể dòng điện chạy qua màng. Do đó, dòng điện cần thiết để giữ V m ở một giá trị cố định là sự phản xạ trực tiếp của dòng điện chạy qua màng. Những tiến bộ điện tử khác bao gồm việc sử dụng lồng Faraday và thiết bị điện tử có trở kháng đầu vào cao, do đó bản thân phép đo không ảnh hưởng đến điện thế được đo.[49]

Vấn đề thứ ba, đó là thu được các điện cực đủ nhỏ để ghi lại điện thế trong một sợi trục mà không làm nhiễu nó, đã được giải quyết vào năm 1949 với việc phát minh ra điện cực micropipette thủy tinh,[lower-alpha 48] nhanh chóng được các nhà nghiên cứu khác áp dụng.[lower-alpha 49][lower-alpha 50] Bộ lọc của phương pháp này có thể sản xuất các mẹo điện cực được như tốt như 100 Å (10 nm), mà cũng trao trở kháng đầu vào cao.[50] điện thế hoạt động cũng có thể được ghi với điện cực kim loại nhỏ được đặt ngay bên cạnh một neuron, với neurochips chứa EOSFETs, hoặc quang học với thuốc nhuộm đó là nhạy cảm với <sup id="mwBDg">Ca2 +</sup> hoặc để điện thế.[lower-alpha 51]

Theo tiết lộ bởi điện cực kẹp vá, một kênh ion có hai trạng thái: mở (độ dẫn cao) và đóng (độ dẫn thấp).

Trong khi các điện cực micropipette thủy tinh đo tổng dòng điện đi qua nhiều kênh ion, việc nghiên cứu tính chất điện của một kênh ion duy nhất có thể xảy ra vào những năm 1970 với sự phát triển của kẹp vá bởi Erwin Neher và Bert Sakmann. Đối với khám phá này, họ đã được trao giải thưởng Nobel về sinh lý học hoặc y học vào năm 1991.[lower-greek 3] Kẹp vá đã xác minh rằng kênh ion có trạng thái dẫn điện riêng biệt, chẳng hạn như mở, đóng và bất hoạt.

Các công nghệ hình ảnh quang học đã được phát triển trong những năm gần đây để đo lường điện thế hoạt động, thông qua các bản ghi đa điểm đồng thời hoặc với độ phân giải siêu không gian. Sử dụng thuốc nhuộm nhạy cảm với điện thế, điện thế hoạt động đã được ghi nhận về mặt quang học từ một mảng nhỏ của màng tế bào cơ tim.[lower-alpha 52]