Критический уровень деполяризации (КУД) обычно равен около -50 мВ, что составляет 10-15% от величины потенциала покоя, то есть потенциал покоя снижается на 10-20 мВ.
При достижении критического уровня деполяризации резко возрастает проницаемость мембраны для ионов Na+ (открываются потенциалзависимые натриевые ионные каналы). Начинается интенсивное поступление ионов Na+ в клетку за счет лавинообразного открытия ионных каналов (чем больше деполяризация, тем больше открывается ионных каналов), процесс деполяризации происходит очень быстро. Критический уровень деполяризации отражает начало стремительного роста величины потенциала действия, фактически начало его генерации.