Durante o processo de hiperpolarização, a célula nervosa ou muscular torna-se mais negativa em relação ao seu estado de repouso, afastando-se do limiar de excitação e tornando-se menos provável que ocorra uma despolarização ou uma ação potencial. Essa mudança no potencial de membrana é causada pelo influxo ou pela saída de íons, que geralmente ocorrem por meio de canais iônicos transmembrana específicos.
Em particular, a hiperpolarização pode ser causada pelo influxo de íons potássio (K+) para dentro da célula, tornando o interior mais negativo. Isso ocorre porque a concentração de K+ é geralmente maior dentro da célula em repouso, e a abertura dos canais de K+ permite que esses íons saiam da célula, levando a uma hiperpolarização da membrana. Além disso, outros íons, como cloreto (Cl-) e cálcio (Ca2+), também podem contribuir para a hiperpolarização em certas circunstâncias.