Una vez generado el potencial de acción en el cono axónico, éste es conducido a lo largo del axón hasta los botones terminales, donde desencadena la liberación de sustancias químicas mediadoras en la transmisión de información a otras neuronas. Los iones Na+ que pasan al interior celular durante la fase ascendente del potencial de acción, fluyen dentro del axón hacia la región contigua de membrana, produciendo su despolarización y el disparo de un potencial de acción en esa región. De esta forma, se van generando sucesivos potenciales de acción en diferentes puntos de la membrana axonal hasta los botones terminales, manteniendo siempre el mismo valor. Por ello, se dice que el potencial de acción es una señal eléctrica regenerativa que se propaga de forma activa y que cumple con la ley del todo o nada. La propagación o conducción del potencial de acción a lo largo del axón se realiza siempre hacia delante, no volviéndose a producir an las zonas de membrana donde se acaba de generar, debido a que esas regiones permanecen en estado refractario.
Los fenómenos que explican la refractariedad de la membrana son dos: la inactivación de los canales de Na dependientes de voltaje (período refractario absoluto), y la hiperpolarización que presenta la membrana tras el disparo del potencial de acción (período refractario relativo).
La conducción del potencial de acción en axones mielínicos presenta importantes diferencias respecto a la conducción que tiene lugar en los axones amielínicos. En axones mielínicos, los potenciales de acción sólo se generan en los nódulos de Ranvier, debido a que los canales de Na+ dependientes de voltaje se encuentran concentrados en estas regiones, por lo que la conducción es este tipo de axones se denomina conducción saltatoria.
En los segmentos mielinizados tienen lugar otro tipo de señales eléctricas diferentes de los potenciales de acción que reciben el nombre de potenciales graduados, decrecientes y locales porque su magnitud varía y se circunscriben al lugar donde se producen, y se propagan de forma pasiva.
A pesar de que la magnitud de estos potenciales disminuye con la distancia, ésta es suficiente para que el potencial de membrana alcance el umbral de excitación en el siguiente nódulo de Ranvier y se pueda disparar un potencial de acción. La conducción saltatoria supone una mayor velocidad de conducción y, por tanto, una mayor rapidez de respuesta, y un importante ahorro de energía para las neuronas.