Membran potansiyeli görüntüleme, hücre zarı potansiyelindeki dinamik değişiklikleri izlemek için floresan voltaja duyarlı boyalar veya genetik olarak kodlanmış voltaj göstergeleri (GEVI'ler) kullanır. Depolarizasyon veya repolarizasyon, prob floresan yoğunluğunda veya spektrumunda hızlı değişikliklere neden olarak milisaniye ölçeğindeki elektriksel sinyallerin optik olarak algılanmasını sağlar. Bu teknik, tek hücrelerin ve sinir ağlarının elektriksel aktivitesini gözlemlemek için invaziv olmayan bir yöntem sunar.

Bu tür deneyler tipik olarak geniş alanlı floresans, iki fotonlu, ışık tabakası veya diğer yüksek hızlı görüntüleme platformlarıyla gerçekleştirilir. Bu platformlar, milisaniye ölçeğinde hızlı membran depolarizasyon ve repolarizasyon olaylarına karşılık gelen, yalnızca birkaç yüzdelik (ΔF/F) floresans değişikliklerini tespit ederken hücre altı uzamsal hassasiyet gerektirir. Sonuç olarak, görüntüleme sistemleri, uyarılabilir hücrelerin ve sinir ağlarının uzun süreli kayıtları sırasında fototoksisiteyi en aza indirmek için ultra yüksek zamansal çözünürlük, mükemmel sinyal-gürültü performansı ve fotostabiliteyi birleştirmelidir.