膜電位（英語：membrane potential、transmembrane potential或membrane voltage）是細胞內及細胞外之間的電壓差。若以細胞外為基點，一般來說，膜電位的電壓在-40 mV到–80 mV之間。
細胞膜兩側離子濃度的差異導致稱為膜電位的電壓。 一般來說，膜電位的電壓在+40 mV到–70 mV之間。許多離子包括在膜之間都有濃度差，包括鉀離子（K+），其膜內的濃度要高於膜外的濃度。鈉離子（Na+）和氯離子（Cl−）在胞外區域濃度高，在胞內區域濃度低。這些濃度差為膜電位提供了勢能。當膜允許離子進行穿透時，便形成了膜電位。 在上圖的這種簡化的情況下，如果膜選擇性地允許鉀離子通過，那麼這些正離子便可以通過向膜外部擴散來消除膜內、膜外的濃度差，使得膜內總電荷為負。這種電荷分離的過程導致了膜電位。注意整個體系還是電中性的——這些正電荷在細胞外，負電荷在細胞內，二者互相吸引，沿着雙層細胞膜一字排開。因此，膜電位只存在於鄰近細胞膜的那一小點。電荷的相互分離是膜電位的基礎。 注意這是一個示意圖，只是大概地說明了離子是如何形成膜電位的。此外還有些其他離子，如鈉、氯、鈣等，它們對膜電位影響不大——儘管它們在膜內、膜外的濃度差比鉀還大，但是它們的膜穿透性不如鉀離子高。 圖例: 藍色五邊形 – 鈉離子；紫色方形– 鉀離子；黃色圓形– 氯離子； 橘色長方形 – 不能通過細胞膜的陰離子（這些由包括蛋白在內的不同物質產生）；帶箭頭的大紫色結構表示一個跨膜鉀離子通道以及鉀離子的運動方向。
膜電位常指以膜相隔之兩溶液間產生的電位差。通常指細胞生命活動的過程中伴隨之電現象，存在於細胞膜內外兩側的電位差。膜電位在神經細胞通訊的過程中有着很重要的作用。
1791年意大利解剖學家加伐尼(L.Galvani)偶然發現，將蛙腿肌肉放置於鐵板上，利用銅鈎鈎住蛙的脊髓，銅鈎與鐵板接觸時，其肌肉產生收縮，他把此現象歸因於動物電。
1950年代，霍去金和赫胥黎研究烏賊巨大神經元軸突（直徑>1mm）發現了細胞內外具有電位差，靜止狀態時神經細胞內電位較低（約-65mV）
