Zobrazování membránového potenciálu využívá fluorescenční napěťově citlivá barviva nebo geneticky kódované indikátory napětí (GEVI) k monitorování dynamických změn v buněčném membránovém potenciálu. Depolarizace nebo repolarizace indukuje rychlé změny intenzity nebo spektra fluorescence sondy, což umožňuje optickou detekci elektrických signálů v milisekundovém měřítku. Tato technika poskytuje neinvazivní metodu pro pozorování elektrické aktivity jednotlivých buněk a neuronových sítí.

Takové experimenty se obvykle provádějí s využitím širokoúhlé fluorescence, dvoufotonových, světelných vrstvených zobrazovacích platforem nebo jiných vysokorychlostních zobrazovacích platforem. Vyžadují subcelulární prostorovou přesnost při detekci změn fluorescence pouze několika procent (ΔF/F), což odpovídá rychlé membránové depolarizaci a repolarizaci v milisekundovém časovém horizontu. Zobrazovací systémy proto musí kombinovat ultravysoké časové rozlišení, vynikající poměr signálu k šumu a fotostabilitu, aby se minimalizovala fototoxicita během prodlouženého záznamu excitovatelných buněk a neuronových sítí.