心室肌细胞兴奋时产生的动作电位由除极化（或称去极化）和复极两个过程组成，通常分为0、1、2、3、4期共五个时期。
（一）除极过程（0期）心肌受刺激后，膜上Na⁺通道部分开放，少量Na⁺内流，膜部分去极化。当除极由静息电位-90mV达到-70mV阈电位水平时，膜上Na⁺通道大量开放，出现再生性Na⁺内流，Na⁺顺着浓度差和电位差快速大量内流，使膜迅速去极化，膜电位快速上升到+30mV。0期历史1-2ms，膜内电位从0mV上升到+30mV，称之超射。
（二）复极过程心室肌细胞的复极过程比神经和骨胳肌细胞复杂，且耗时久，可包括三个阶段：
1期（快速复极化初期）由于快钠通道很快失活，Na⁺内流停止，同时钾离子通道（Ito）激活，电位差和浓度差驱使K⁺快速暂短外流形成复极，膜电位迅速下降到0mV左右，历时10ms。0期和1期形成的尖锋，称为锋电位。
2期（平台期或缓慢复极化期）复极化电位达0mV左右之后，复极化过程变慢，主要由Ca²⁺和Na⁺缓慢内流和内入性整流造成的K⁺缓慢外流引起。在平台期早期，几种正离子跨膜流动所负载的正电荷相等，使膜电位稳定在0电位水平；在平台期后期，由于Ca²⁺通道逐渐失活，而K+通道逐渐激活，Ca²⁺内流渐少，K⁺外流渐多，使膜电位逐渐下降，移行到3期。此期历时100-150ms，是心室肌细胞动作电位的主要特征。
3期（快速复极化末期）平台期末钙通道失活，而K⁺继续外流，且随时间而逐渐递增，形成K⁺外流的再生性过程，使膜迅速复极化达到-90mV静息电位水平。此期历时也较长，占时约100-150ms。
4期（静息期）3期之后膜电位稳定在-90mV，已恢复到静息电位水平，但离子分布状态尚未恢复。此期，由于膜内外离子浓度的变化激活了Na⁺-K⁺泵，通过耗能，将在动作电位形成过程中进入膜内的Na⁺泵出膜外，K⁺泵回膜内，恢复静息状态时Na⁺和K⁺的膜内外浓度。Ca²⁺逆浓度差外运与Na⁺顺浓度差内流相耦联，形成Na⁺-Ca²⁺交换的能量仍由Na⁺-K⁺泵提供。Na⁺-K⁺转运和Na⁺-Ca²⁺交换都是生电性的，几种离子跨膜转运的结果，最终使此期的膜电位保持在静息水平电位。