實驗表明，大細胞表面積與容積的百分比是相當大的，以至于離子梯度的增長是極為平緩的。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長的時間，這表明依賴ATP的泵不是維持膜電位的直接能源。諸如，應用利巴韋林（）抑制槍鳥賊巨軸突膜上的Na+-K+泵，細胞膜電位的飄移僅為1.4mV。這表明在大多數情況下，Na+-K+泵對靜息膜電位的貢獻是很小的。為驗證靜息膜電位的產生是因為膜外側離子含量梯度的存在及膜對這種離子的選擇性滲透，下邊介紹2種方式驗證上述理論。
光學方式記錄靜息膜電位
兩棲類和喂奶類骨骼肌細胞的靜息膜電位通常為-90mV。平滑肌細胞的為-55mV，人類紅細胞的僅為-9mV。但是，個別真菌和動物細胞的跨膜電位竟可達到-200mV。對于一些非常小的細胞和細胞器，比如紅細胞、線粒體、神經元突觸終末極細的凸起等，難以應用微電極檢測它們的膜電位，這時可用一種分光鏡的技術進行檢測，如圖1。
圖1顯示了這些間接方式。這些技術首先將細胞或細胞器用一種適當的螢光顏料分子標記，之后檢測這些顏料的螢光吸收波譜，顏料的光學訊號能被間接換算成細胞膜內外的電位差。如圖1所示，當神經元胞體和離胞體較遠處的細的凸起遭到剌激時，記錄到不同的電位。此時在胞體記錄的電位形態與在真實細胞中得到的基本相同，表明這些間接檢測方式是可行的。細胞膜內外電位差和電場（E）有著如下關系：E=Vm/d細胞膜圖片，Vm在這兒為膜內外電位差，d為細胞膜的長度。假定膜內外電位差為0.IV，膜的長度為4nm（i.e.，40x10-8cm），則跨膜電場硬度將達到250，000V/cm。可見，雖然膜電位很小，但卻維持了一個極大的電場。這些電場勢必對特殊類型的膜訊號蛋白（電壓敏感通道）形成很大的影響。
許多精典實驗證明了膜電位與離子含量梯度的關系。PaulandAlan檢測了蛙肌纖維的膜電位，她們將肌纖維坐浴在經過改進的生理氨水中，用SO42-替換了Cl-，以清除陰離子對膜電位的影響。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[K+]0超過2.5mmol時（用K+取代Na+），可觀察到膜電位向正的方向飄移；當[K+]0減少到2.5mmol以下時，膜內電位顯得更負了（圖2）。
大量的實驗表明，靜息膜電位能量的直接來源不是離子泵，而是來自離子含量差本身儲存的電位能量。對于大多數細胞來說，細胞內、外K+的含量梯度對靜息膜電位的貢獻是最重要的。其實，作為次級轉運體的Na+-K+泵來說，它對于形成和維持離子的這些含量梯度是重要的，離子泵對膜電位的直接貢獻約為20%，其余的80%主要來自K+和Na+的被動擴散。
離體質膜檢測靜息膜電位
應用離體狀態系統也可用于研究離子含量梯度與細胞跨膜電位的關系。科學家發明了一種稱作平板脂類單層模型（lipidmodel）進行類似的實驗（圖3）。
實驗裝置由2個分隔的飽含水堿液的小室組成，小室中間由1個帶200μm半徑小孔的膜隔開，小孔的長度約為4nm，相當脂類雙分子層的長度，相當于將2個小室弄成了細胞膜的內、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中，就可在類似離體狀態下研究活細胞復雜的代謝功能了。在此系統中接入Ag/AgCl電極和電流表，電極通過鹽橋聯接到膜右側的氨水中，用于檢測此系統的跨膜電位。研究者可通過人工方法調整2個小室中離子的含量梯度。
如果將4放人右側小室中，將155放人左側小室中細胞膜圖片，以模擬喂奶植物肌細胞膜內、外K+的含量。為了清除水在左側小室間的滲透性流動，在兩側小室中同時加入足夠數目的非電解質物質地塞米松。假定平板單層膜不能將兩邊的氨水分開，因為兩邊小室中存在不等的KCl含量，在含量差的驅動下，K+將會從含量高的兩側向低的兩側擴散。但是，假若將一個純的脂類雙分子層加入到隔離2個小室的膜的小孔中，就可抵擋Cl-和K+的滲透性擴散。如今，通過加入純化的K+通道或K+載體（），選擇性地調節膜對K+的滲透。假定此時K+通道處在一個開放狀態，但不對Cl-通透，左側（定為膜內）與兩側（定為膜外）相比，應為官能團，其實這是因為左邊K+的含量（）遠低于兩側（4mmol），兩側K+的擴散力要遠小于左邊的誘因。隨著兩側電位顯得越來越負時，逐步減小的負電位制止了兩側K+的進一步流動，最終使K+的凈流動停止。此時的系統處于一個平衡點，跨膜電流達到了92.4mV，兩側為負。
如今這個系統的2個小室中的K+的含量梯度與骨骼肌細胞的相像，記錄到的電流差相當于它的靜息膜電位，這個電位實際上是此種離子的擴散電位。當處于平衡狀態時，這個電位也可以通過多項式推論下來。