實(shí)驗(yàn)表明，大細(xì)胞表面積與容積的百分比是相當(dāng)大的，以至于離子梯度的增長(zhǎng)是極為平緩的。雖然代謝類毒物阻斷了依賴ATP的能量代謝，靜息膜電位也能維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這表明依賴ATP的泵不是維持膜電位的直接能源。諸如，應(yīng)用利巴韋林（）抑制槍鳥(niǎo)賊巨軸突膜上的Na+-K+泵，細(xì)胞膜電位的飄移僅為1.4mV。這表明在大多數(shù)情況下，Na+-K+泵對(duì)靜息膜電位的貢獻(xiàn)是很小的。為驗(yàn)證靜息膜電位的產(chǎn)生是因?yàn)槟ね鈧?cè)離子含量梯度的存在及膜對(duì)這種離子的選擇性滲透，下邊介紹2種方式驗(yàn)證上述理論。
光學(xué)方式記錄靜息膜電位
兩棲類和喂奶類骨骼肌細(xì)胞的靜息膜電位通常為-90mV。平滑肌細(xì)胞的為-55mV，人類紅細(xì)胞的僅為-9mV。但是，個(gè)別真菌和動(dòng)物細(xì)胞的跨膜電位竟可達(dá)到-200mV。對(duì)于一些非常小的細(xì)胞和細(xì)胞器，比如紅細(xì)胞、線粒體、神經(jīng)元突觸終末極細(xì)的凸起等，難以應(yīng)用微電極檢測(cè)它們的膜電位，這時(shí)可用一種分光鏡的技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如圖1。
圖1顯示了這些間接方式。這些技術(shù)首先將細(xì)胞或細(xì)胞器用一種適當(dāng)?shù)奈灩忸伭戏肿訕?biāo)記，之后檢測(cè)這些顏料的螢光吸收波譜，顏料的光學(xué)訊號(hào)能被間接換算成細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差。如圖1所示，當(dāng)神經(jīng)元胞體和離胞體較遠(yuǎn)處的細(xì)的凸起遭到剌激時(shí)，記錄到不同的電位。此時(shí)在胞體記錄的電位形態(tài)與在真實(shí)細(xì)胞中得到的基本相同，表明這些間接檢測(cè)方式是可行的。細(xì)胞膜內(nèi)外電位差和電場(chǎng)（E）有著如下關(guān)系：E=Vm/d細(xì)胞膜圖片，Vm在這兒為膜內(nèi)外電位差，d為細(xì)胞膜的長(zhǎng)度。假定膜內(nèi)外電位差為0.IV，膜的長(zhǎng)度為4nm（i.e.，40x10-8cm），則跨膜電場(chǎng)硬度將達(dá)到250，000V/cm。可見(jiàn)，雖然膜電位很小，但卻維持了一個(gè)極大的電場(chǎng)。這些電場(chǎng)勢(shì)必對(duì)特殊類型的膜訊號(hào)蛋白（電壓敏感通道）形成很大的影響。
許多精典實(shí)驗(yàn)證明了膜電位與離子含量梯度的關(guān)系。PaulandAlan檢測(cè)了蛙肌纖維的膜電位，她們將肌纖維坐浴在經(jīng)過(guò)改進(jìn)的生理氨水中，用SO42-替換了Cl-，以清除陰離子對(duì)膜電位的影響。在正常K+含量梯度下（兩棲類骨骼肌纖維[K+]0=2.5mmol和[Na+]0=），它的膜電位為-94mV。當(dāng)[K+]0超過(guò)2.5mmol時(shí)（用K+取代Na+），可觀察到膜電位向正的方向飄移；當(dāng)[K+]0減少到2.5mmol以下時(shí)，膜內(nèi)電位顯得更負(fù)了（圖2）。
大量的實(shí)驗(yàn)表明，靜息膜電位能量的直接來(lái)源不是離子泵，而是來(lái)自離子含量差本身儲(chǔ)存的電位能量。對(duì)于大多數(shù)細(xì)胞來(lái)說(shuō)，細(xì)胞內(nèi)、外K+的含量梯度對(duì)靜息膜電位的貢獻(xiàn)是最重要的。其實(shí)，作為次級(jí)轉(zhuǎn)運(yùn)體的Na+-K+泵來(lái)說(shuō)，它對(duì)于形成和維持離子的這些含量梯度是重要的，離子泵對(duì)膜電位的直接貢獻(xiàn)約為20%，其余的80%主要來(lái)自K+和Na+的被動(dòng)擴(kuò)散。
離體質(zhì)膜檢測(cè)靜息膜電位
應(yīng)用離體狀態(tài)系統(tǒng)也可用于研究離子含量梯度與細(xì)胞跨膜電位的關(guān)系。科學(xué)家發(fā)明了一種稱作平板脂類單層模型（lipidmodel）進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)（圖3）。
實(shí)驗(yàn)裝置由2個(gè)分隔的飽含水堿液的小室組成，小室中間由1個(gè)帶200μm半徑小孔的膜隔開(kāi)，小孔的長(zhǎng)度約為4nm，相當(dāng)脂類雙分子層的長(zhǎng)度，相當(dāng)于將2個(gè)小室弄成了細(xì)胞膜的內(nèi)、外部份。將人工合成的膜蛋白和其他的分子加入平板脂類層系統(tǒng)中，就可在類似離體狀態(tài)下研究活細(xì)胞復(fù)雜的代謝功能了。在此系統(tǒng)中接入Ag/AgCl電極和電流表，電極通過(guò)鹽橋聯(lián)接到膜右側(cè)的氨水中，用于檢測(cè)此系統(tǒng)的跨膜電位。研究者可通過(guò)人工方法調(diào)整2個(gè)小室中離子的含量梯度。
如果將4放人右側(cè)小室中，將155放人左側(cè)小室中細(xì)胞膜圖片，以模擬喂奶植物肌細(xì)胞膜內(nèi)、外K+的含量。為了清除水在左側(cè)小室間的滲透性流動(dòng)，在兩側(cè)小室中同時(shí)加入足夠數(shù)目的非電解質(zhì)物質(zhì)地塞米松。假定平板單層膜不能將兩邊的氨水分開(kāi)，因?yàn)閮蛇呅∈抑写嬖诓坏鹊腒Cl含量，在含量差的驅(qū)動(dòng)下，K+將會(huì)從含量高的兩側(cè)向低的兩側(cè)擴(kuò)散。但是，假若將一個(gè)純的脂類雙分子層加入到隔離2個(gè)小室的膜的小孔中，就可抵擋Cl-和K+的滲透性擴(kuò)散。如今，通過(guò)加入純化的K+通道或K+載體（），選擇性地調(diào)節(jié)膜對(duì)K+的滲透。假定此時(shí)K+通道處在一個(gè)開(kāi)放狀態(tài)，但不對(duì)Cl-通透，左側(cè)（定為膜內(nèi)）與兩側(cè)（定為膜外）相比，應(yīng)為官能團(tuán)，其實(shí)這是因?yàn)樽筮匥+的含量（）遠(yuǎn)低于兩側(cè)（4mmol），兩側(cè)K+的擴(kuò)散力要遠(yuǎn)小于左邊的誘因。隨著兩側(cè)電位顯得越來(lái)越負(fù)時(shí)，逐步減小的負(fù)電位制止了兩側(cè)K+的進(jìn)一步流動(dòng)，最終使K+的凈流動(dòng)停止。此時(shí)的系統(tǒng)處于一個(gè)平衡點(diǎn)，跨膜電流達(dá)到了92.4mV，兩側(cè)為負(fù)。
如今這個(gè)系統(tǒng)的2個(gè)小室中的K+的含量梯度與骨骼肌細(xì)胞的相像，記錄到的電流差相當(dāng)于它的靜息膜電位，這個(gè)電位實(shí)際上是此種離子的擴(kuò)散電位。當(dāng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，這個(gè)電位也可以通過(guò)多項(xiàng)式推論下來(lái)。