Η απεικόνιση δυναμικού μεμβράνης χρησιμοποιεί φθορίζουσες χρωστικές ευαίσθητες στην τάση ή γενετικά κωδικοποιημένους δείκτες τάσης (GEVI) για την παρακολούθηση δυναμικών αλλαγών στο δυναμικό της κυτταρικής μεμβράνης. Η αποπόλωση ή η επαναπόλωση προκαλεί ταχείες αλλαγές στην ένταση ή το φάσμα φθορισμού του ανιχνευτή, επιτρέποντας την οπτική ανίχνευση ηλεκτρικών σημάτων κλίμακας χιλιοστών του δευτερολέπτου. Αυτή η τεχνική παρέχει μια μη επεμβατική μέθοδο για την παρατήρηση της ηλεκτρικής δραστηριότητας μεμονωμένων κυττάρων και νευρωνικών δικτύων.

Τέτοια πειράματα συνήθως εκτελούνται με πλατφόρμες απεικόνισης ευρέος πεδίου φθορισμού, δύο φωτονίων, φωτεινού φύλλου ή άλλες πλατφόρμες απεικόνισης υψηλής ταχύτητας. Απαιτούν υποκυτταρική χωρική ακρίβεια, ενώ ανιχνεύουν αλλαγές φθορισμού μόνο μερικών τοις εκατό (ΔF/F), που αντιστοιχούν σε γεγονότα ταχείας αποπόλωσης και επαναπόλωσης μεμβράνης σε χρονική κλίμακα χιλιοστών του δευτερολέπτου. Συνεπώς, τα συστήματα απεικόνισης πρέπει να συνδυάζουν εξαιρετικά υψηλή χρονική ανάλυση, εξαιρετική απόδοση σήματος προς θόρυβο και φωτοσταθερότητα για την ελαχιστοποίηση της φωτοτοξικότητας κατά τη διάρκεια παρατεταμένων καταγραφών διεγερσίμων κυττάρων και νευρωνικών δικτύων.