Деполяризация — уменьшение разности потенциалов у находящейся в состоянии физиологического покоя клетки между её отрицательно заряженной цитоплазмой и внеклеточной жидкостью, то есть понижение потенциала покоя. Существует два вида деполяризации: пассивная деполяризация и активная деполяризация.

Деполяризация может быть вызвана тремя стимулами, не причиняя клетке никакого вреда. К таким стимулам относятся: механические, химические и электрические. Одним из примеров механического стимула может быть температура. Высокая температура приводит к расширению мембраны, холод сокращает её.

Произошедшая в одном месте мембраны деполяризация служит стимулом для распространения деполяризации по мембране. Ион натрия (Na+) , хлынувший в клетку в месте, где произошла деполяризация и прекратилось действие натриевого насоса, вытесняет наружу ион калия(K+). Ионы натрия меньше размерами и более подвижны, чем ионы калия. Поэтому в клетку входит больше ионов натрия, чем выходит из неё ионов калия. В результате кривая деполяризации пересекает нулевую отметку и поднимается выше. Клетка снова оказывается поляризованной, но с обратным знаком. На какой-то момент клетка приобретает внутренний положительный заряд, благодаря присутствию в ней избытка ионов натрия. На внешней стороне мембраны появляется маленький отрицательный заряд. В невозбудимых тканях может иметь место гипополяризация или частичная потеря потенциала покоя.

Использование термина «деполяризация» в биологии отличается от его использования в физике. В физике это относится к ситуациям, в которых любая форма полярности меняется на ноль.