Obrazowanie potencjału błonowego wykorzystuje fluorescencyjne barwniki wrażliwe na napięcie lub genetycznie kodowane wskaźniki napięcia (GEVI) do monitorowania dynamicznych zmian potencjału błonowego. Depolaryzacja lub repolaryzacja indukuje szybkie zmiany intensywności lub widma fluorescencji sondy, umożliwiając optyczną detekcję sygnałów elektrycznych w skali milisekundowej. Technika ta stanowi nieinwazyjną metodę obserwacji aktywności elektrycznej pojedynczych komórek i sieci neuronowych.

Takie eksperymenty są zazwyczaj przeprowadzane z wykorzystaniem szerokopolowej fluorescencji, dwufotonowej, arkusza światła lub innych szybkich platform obrazowania. Wymagają one subkomórkowej precyzji przestrzennej, jednocześnie wykrywając zmiany fluorescencji rzędu zaledwie kilku procent (ΔF/F), co odpowiada szybkim zdarzeniom depolaryzacji i repolaryzacji błony w skali milisekund. W związku z tym systemy obrazowania muszą łączyć w sobie ultrawysoką rozdzielczość czasową, doskonały stosunek sygnału do szumu oraz fotostabilność, aby zminimalizować fototoksyczność podczas długotrwałych rejestracji komórek pobudliwych i sieci neuronowych.