Chuyển động của các phân tử chống lại một gradient nồng độ được gọi là vận chuyển tích cực. Một gradient nồng độ xảy ra khi nồng độ của các phân tử hoặc ion ở một bên của màng thấm cao hơn ở bên kia. Các phân tử chuyển động tự nhiên theo gradient; do đó, quá trình vận chuyển tích cực cần có enzym và năng lượng.
Tế bào động vật duy trì gradient nồng độ ion bằng cách sử dụng vận chuyển tích cực. Trong quá trình vận chuyển tích cực, tế bào bơm hai ion kali vào tế bào, đồng thời đẩy ba ion natri ra ngoài. Khi tế bào nhận được tín hiệu, quá trình vận chuyển tích cực dừng lại và các ion bắt đầu di chuyển theo gradient. Trong các tế bào thần kinh, quá trình vận chuyển tích cực xảy ra cho đến khi thần kinh phải gửi một xung động. Khi máy bơm vận chuyển hoạt động dừng lại, sự khuếch tán nhanh cho phép xung động xảy ra gần như ngay lập tức.
