In een biologisch membraan is de omkeerpotentiaal (ook bekend als de Nernst-potentiaal) van een ion de membraanpotentiaal waarbij er geen netto (totale) stroom van dat specifieke ion is van de ene kant van het membraan naar de andere. In het geval van post-synaptische neuronen is de omkeerpotentiaal de membraanpotentiaal waarbij een bepaalde neurotransmitter geen netto stroom van ionen door het ionkanaal van die neurotransmitterreceptor veroorzaakt.
In een één-ionsysteem is de omkeerpotentiaal synoniem met de evenwichtspotentiaal; hun numerieke waarden zijn identiek. De twee termen verwijzen naar verschillende aspecten van het verschil in membraanpotentiaal. Equilibrium verwijst naar het feit dat de netto ionenstroom bij een bepaalde spanning nul is. Dat wil zeggen dat de uitgaande en ingaande ionenbewegingen gelijk zijn; de ionenflux is in evenwicht. Omkering verwijst naar het feit dat een verandering van membraanpotentiaal aan weerszijden van de evenwichtspotentiaal de algehele richting van de ionenstroom omkeert.
De omkeerpotentiaal wordt vaak de “Nernst-potentiaal” genoemd, omdat deze kan worden berekend uit de Nernst-vergelijking. Ionenkanalen geleiden het grootste deel van de stroom eenvoudige ionen in en uit de cellen. Wanneer een kanaaltype dat selectief is voor één soort ion overheerst binnen het membraan van een cel (omdat andere ionkanalen gesloten zijn, bijvoorbeeld) dan zal de spanning in de cel equilibreren (d.w.z. gelijk worden) aan de omkeerpotentiaal voor dat ion (ervan uitgaande dat de buitenkant van de cel op 0 volt staat). Bijvoorbeeld, de rustpotentiaal van de meeste cellen ligt dicht bij de omkeerpotentiaal van K+ (kaliumion). Dit komt omdat bij de rustpotentiaal de kaliumgeleiding overheerst. Tijdens een typische actiepotentiaal wordt de kleine rustiongeleiding die door kaliumkanalen wordt gemedieerd, overstemd door het openen van talrijke Na+ (natriumion)-kanalen, waardoor de membraanpotentiaal in de richting van de omkeerpotentiaal van natrium wordt gebracht.
De relatie tussen de termen “omkeerpotentiaal” en “evenwichtspotentiaal” geldt alleen voor één-ion-systemen. In multi-ion systemen zijn er gebieden van het celmembraan waar de gesommeerde stromen van de meerdere ionen gelijk zullen zijn aan nul. Hoewel dit een omkeerpotentiaal is in de zin dat de membraanpotentiaal van richting verandert, is het geen evenwichtspotentiaal omdat niet alle (en in sommige gevallen geen) van de ionen in evenwicht zijn en dus netto fluxen over het membraan hebben. Wanneer een cel significante permeabiliteiten voor meer dan één ion heeft, kan de celpotentiaal worden berekend aan de hand van de Goldman-Hodgkin-Katz-vergelijking in plaats van de Nernst-vergelijking.