实验表明，大细胞表面积与容积的百分比是相当大的，以至于离子梯度的增长是极为平缓的。虽然代谢类毒物阻断了依赖ATP的能量代谢，静息膜电位也能维持相当长的时间，这表明依赖ATP的泵不是维持膜电位的直接能源。诸如，应用利巴韦林（）抑制枪鸟贼巨轴突膜上的Na+-K+泵，细胞膜电位的飘移仅为1.4mV。这表明在大多数情况下，Na+-K+泵对静息膜电位的贡献是很小的。为验证静息膜电位的产生是因为膜外侧离子含量梯度的存在及膜对这种离子的选择性渗透，下边介绍2种方式验证上述理论。
光学方式记录静息膜电位
两栖类和喂奶类骨骼肌细胞的静息膜电位通常为-90mV。平滑肌细胞的为-55mV，人类红细胞的仅为-9mV。但是，个别真菌和动物细胞的跨膜电位竟可达到-200mV。对于一些非常小的细胞和细胞器，比如红细胞、线粒体、神经元突触终末极细的凸起等，难以应用微电极检测它们的膜电位，这时可用一种分光镜的技术进行检测，如图1。
图1显示了这些间接方式。这些技术首先将细胞或细胞器用一种适当的萤光颜料分子标记，之后检测这些颜料的萤光吸收波谱，颜料的光学讯号能被间接换算成细胞膜内外的电位差。如图1所示，当神经元胞体和离胞体较远处的细的凸起遭到剌激时，记录到不同的电位。此时在胞体记录的电位形态与在真实细胞中得到的基本相同，表明这些间接检测方式是可行的。细胞膜内外电位差和电场（E）有着如下关系：E=Vm/d细胞膜图片，Vm在这儿为膜内外电位差，d为细胞膜的长度。假定膜内外电位差为0.IV，膜的长度为4nm（i.e.，40x10-8cm），则跨膜电场硬度将达到250，000V/cm。可见，虽然膜电位很小，但却维持了一个极大的电场。这些电场势必对特殊类型的膜讯号蛋白（电压敏感通道）形成很大的影响。
许多精典实验证明了膜电位与离子含量梯度的关系。PaulandAlan检测了蛙肌纤维的膜电位，她们将肌纤维坐浴在经过改进的生理氨水中，用SO42-替换了Cl-，以清除阴离子对膜电位的影响。在正常K+含量梯度下（两栖类骨骼肌纤维[K+]0=2.5mmol和[Na+]0=），它的膜电位为-94mV。当[K+]0超过2.5mmol时（用K+取代Na+），可观察到膜电位向正的方向飘移；当[K+]0减少到2.5mmol以下时，膜内电位显得更负了（图2）。
大量的实验表明，静息膜电位能量的直接来源不是离子泵，而是来自离子含量差本身储存的电位能量。对于大多数细胞来说，细胞内、外K+的含量梯度对静息膜电位的贡献是最重要的。其实，作为次级转运体的Na+-K+泵来说，它对于形成和维持离子的这些含量梯度是重要的，离子泵对膜电位的直接贡献约为20%，其余的80%主要来自K+和Na+的被动扩散。
离体质膜检测静息膜电位
应用离体状态系统也可用于研究离子含量梯度与细胞跨膜电位的关系。科学家发明了一种称作平板脂类单层模型（lipidmodel）进行类似的实验（图3）。
实验装置由2个分隔的饱含水碱液的小室组成，小室中间由1个带200μm半径小孔的膜隔开，小孔的长度约为4nm，相当脂类双分子层的长度，相当于将2个小室弄成了细胞膜的内、外部份。将人工合成的膜蛋白和其他的分子加入平板脂类层系统中，就可在类似离体状态下研究活细胞复杂的代谢功能了。在此系统中接入Ag/AgCl电极和电流表，电极通过盐桥联接到膜右侧的氨水中，用于检测此系统的跨膜电位。研究者可通过人工方法调整2个小室中离子的含量梯度。
如果将4放人右侧小室中，将155放人左侧小室中细胞膜图片，以模拟喂奶植物肌细胞膜内、外K+的含量。为了清除水在左侧小室间的渗透性流动，在两侧小室中同时加入足够数目的非电解质物质地塞米松。假定平板单层膜不能将两边的氨水分开，因为两边小室中存在不等的KCl含量，在含量差的驱动下，K+将会从含量高的两侧向低的两侧扩散。但是，假若将一个纯的脂类双分子层加入到隔离2个小室的膜的小孔中，就可抵挡Cl-和K+的渗透性扩散。如今，通过加入纯化的K+通道或K+载体（），选择性地调节膜对K+的渗透。假定此时K+通道处在一个开放状态，但不对Cl-通透，左侧（定为膜内）与两侧（定为膜外）相比，应为官能团，其实这是因为左边K+的含量（）远低于两侧（4mmol），两侧K+的扩散力要远小于左边的诱因。随着两侧电位显得越来越负时，逐步减小的负电位制止了两侧K+的进一步流动，最终使K+的净流动停止。此时的系统处于一个平衡点，跨膜电流达到了92.4mV，两侧为负。
如今这个系统的2个小室中的K+的含量梯度与骨骼肌细胞的相像，记录到的电流差相当于它的静息膜电位，这个电位实际上是此种离子的扩散电位。当处于平衡状态时，这个电位也可以通过多项式推论下来。