Метод визуализации мембранного потенциала использует флуоресцентные чувствительные к напряжению красители или генетически кодированные индикаторы напряжения (GEVI) для мониторинга динамических изменений потенциала клеточной мембраны. Деполяризация или реполяризация вызывают быстрые изменения интенсивности или спектра флуоресценции зонда, что позволяет оптически обнаруживать электрические сигналы миллисекундного масштаба. Этот метод обеспечивает неинвазивный способ наблюдения за электрической активностью отдельных клеток и нейронных сетей.

Подобные эксперименты обычно проводятся с использованием широкопольной флуоресцентной микроскопии, двухфотонной микроскопии, микроскопии с плоскостным световым полем или других высокоскоростных платформ визуализации. Они требуют субклеточной пространственной точности при обнаружении изменений флуоресценции всего на несколько процентов (ΔF/F), что соответствует быстрым событиям деполяризации и реполяризации мембраны в миллисекундном масштабе времени. Следовательно, системы визуализации должны сочетать в себе сверхвысокое временное разрешение, превосходное соотношение сигнал/шум и фотостабильность для минимизации фототоксичности во время длительной записи возбудимых клеток и нейронных сетей.