Mivel a membránon fellépő feszültségváltozások önmagukban nem nyújtanak elegendő információt az ingerület alatt bekövetkező ionáramok kinetikájáról, olyan módszert kellett kifejleszteni, amely az ionáramok direkt vizsgálatát teszi lehetővé. Erre a célra Marmont és Cole (1949) által kifejlesztett, majd Hodgkin , Huxley és Katz által továbbfejlesztett módszer a Voltage-clamp alkalmas, melynek magyar elnevezése a feszültségzár.

3.1. ábra - Voltage-clamp

Feszültségregisztráló mikroelektródot (E') egy erősítővel (1X) kötjük össze, mely az (E) feszültségregisztrálóhoz (oszcilloszkóp) csatlakozik. Az erősítő kimenetét azonban egy visszacsatoló erősítőbe (FBA) is bevezetjük, mely az (I') mikroelektródon keresztül olyan erősségű áramot vezet a sejtbe, mely a membrán feszültségváltozását pontosan ellensúlyozza, ily módon a membránpotenciál zár alá kerül (clamp). Innen a módszer neve. A két erősítőnek természetesen közös indifferens elektródja van a sejten kívül. A visszacsatoló erősítő áramát azonban nem csak a feszültségelektród szabhatja meg, hanem egy kommand generátoron keresztül (  ) tetszőleges erősségű és irányú áramot küldhetünk a sejtmembránon keresztül, így annak potenciálját tetszőleges értéken fixálhatjuk (Holding potenciál). Alaphelyzetben a sejt természetes nyugalmi membránpotenciálja uralkodik. Depolarizáció hatására a sejt ingerületbe jön, lezajlanak az ingerülettel kapcsolatos permeabilitás változások, de a membránpotenciál nem mozdul el, mivel az áraminjektáló elektród a membránpotenciál nyugalmi értékét visszaállítja és így transzmembrán-feszültségváltozás nem jön létre. A membránpotenciált rögzítő áram erőssége azonban mérhető, s a pillanatnyilag folyó áramok algebrai összegével lesz egyenlő. A membránáram az egyes ionok áramaiból valamint a kapacitív áramból tevődik össze: IM = INa + IK + IC Mivel azonban a membránpotenciál - változás nulla, ezért a kapacitív árammal nem kell számolni csak az egyes ionok áramaival: IM=INa+IK Az összáramból különböző módszerekkel (pl. szelektív csatornablokkolók) izolálni lehet az egyes ionok által vitt áramokat, s így a membrán ioncsatornáinak működését közvetlenül tanulmányozhatjuk. A módszer hatékonyságát növeli az a tény, hogy a kommand generátoron keresztül a membránpotenciál tetszőleges értékre beállítható, s így a feszültségfüggő ioncsatornák tetszés szerint nyithatók illetve zárhatók és az (I) árammérő műszeren közvetlenül mérhetők. Az egyes áramok nagyságát a mindenkori konduktancia és az őket létrehozó feszültségkülönbség (membránpotenciálból levonva az adott ion fordulási potenciálját) mint hajtóerő - szorzata adja meg:

I_Na= g_Nam³h(E_M-E_Na)

I_K= g_Kn⁴(E_M-E_K)

I_M= g_Nam³h(E_M-E_Na)+ g_Kn⁴(E_M-E_K)+ g_L(E_M-E_L)=C x dv/dt

A g_Na és a g_K a Na⁺ és a K⁺ konduktanciájának maximális értékét jelentik, melyeket idő- és feszültségfüggő tényezőkkel megszorozva kaphatjuk az aktuális konduktanciát illetve az aktuális ionáramot. Az m, h és n a valószínűségi változók, melyek értéke 0 és 1 között lehet, a membránpotenciál és az idő függvényében.