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신경신호는 신경세포의 축색을 따라 활동전위의 형태로 이동한다. 휴지상태의 세포는 약 －70mV(볼트)의 막전위를 유지하고 있으나 자극을 받으면 순간적으로 막전압이 약 ＋50mV가량으로 상승했다가 휴지전위로 돌아가게 되며 이것을 활동전위라고 한다. 이러한 현상은 신경세포막의 특성 때문에 일어나며 세포막을 통한 나트륨·칼륨 등 여러 이온들의 흐름 변화로 설명될 수 있다.

활동전위가 일어나는 메커니즘을 연구하려면 시간 변동에 따른 이들 이온의 신경세포막을 통한 투과도, 즉 전도도의 변화를 측정해야 한다. 이론적으로 일정한 전압하에서 흐르는 전류의 변화를 측정하면 전도도의 변화치를 쉽게 알아낼 수 있다. 그러나 신경세포에서는 막을 통한 이온의 흐름(전류의 흐름)이 막전위의 변화를 가져오고, 이를 통해 막의 전도도가 변화되는 순환이 순간적으로 일어난다.

그리고 활동전위가 일어나는 동안 측정된 막전류는 이온들의 흐름에 의한 전류뿐만 아니라 전위의 변화에 따른 막의 용량성 전류도 포함된 것이 되기 때문에 막의 이온에 대한 투과도만을 보여주는 것이 아니다. 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 고안된 것이 전압고정법이다. 이 장치는 전압감지전극으로 막전위를 측정하여 전압고정증폭기로 보내고, 전압고정증폭기는 막전위가 실험자에 의해 지정된 값과 차이가 생길 때마다 전류전극을 통해 세포 내로 전류를 보내어 막전위를 지정된 값으로 교정한다.