W błonie biologicznej, potencjał odwrotny (znany również jako potencjał Nernsta) jonu jest potencjałem błony, przy którym nie ma przepływu netto (ogólnego) tego konkretnego jonu z jednej strony błony na drugą. W przypadku neuronów postsynaptycznych potencjał odwrotny to potencjał błonowy, przy którym dany neuroprzekaźnik nie powoduje przepływu netto jonów przez kanał jonowy tego receptora neuroprzekaźnikowego.
W układzie jednojonowym potencjał odwrotny jest synonimem potencjału równowagi; ich wartości liczbowe są identyczne. Te dwa terminy odnoszą się do różnych aspektów różnicy potencjałów membranowych. Równowaga odnosi się do faktu, że strumień jonów netto przy danym napięciu wynosi zero. Oznacza to, że szybkość ruchu jonów na zewnątrz i do wewnątrz jest taka sama; strumień jonów jest w równowadze. Odwrócenie odnosi się do faktu, że zmiana potencjału membrany po obu stronach potencjału równowagi powoduje odwrócenie ogólnego kierunku przepływu jonów.
Potencjał odwrócenia jest często nazywany „potencjałem Nernsta”, ponieważ można go obliczyć z równania Nernsta. Kanały jonowe przewodzą większość przepływu prostych jonów do i z komórek. Kiedy typ kanału, który jest selektywny dla jednego gatunku jonów, dominuje w błonie komórki (ponieważ inne kanały jonowe są zamknięte, na przykład), wtedy napięcie wewnątrz komórki zrównuje się (tj. staje się równe) z potencjałem odwrotnym dla tego jonu (zakładając, że na zewnątrz komórki jest 0 V). Na przykład, potencjał spoczynkowy większości komórek jest zbliżony do potencjału odwrotnego K+ (jonu potasu). Dzieje się tak dlatego, że w potencjale spoczynkowym dominuje przewodnictwo potasowe. Podczas typowego potencjału czynnościowego, małe spoczynkowe przewodnictwo jonowe pośredniczone przez kanały potasowe jest przytłoczone przez otwarcie licznych kanałów Na+ (jonów sodu), co powoduje, że potencjał błonowy zbliża się do potencjału odwrotnego sodu.
Zależność między pojęciami „potencjał odwrotny” i „potencjał równowagi” jest prawdziwa tylko dla układów jednojonowych. W systemach wielojonowych istnieją obszary błony komórkowej, w których suma prądów wielu jonów będzie równa zeru. Podczas gdy jest to potencjał odwrotny w tym sensie, że potencjał membrany zmienia kierunek, nie jest to potencjał równowagi, ponieważ nie wszystkie (a w niektórych przypadkach żaden) jony są w równowadze i dlatego mają przepływy netto przez membranę. Kiedy komórka ma znaczącą przepuszczalność dla więcej niż jednego jonu, potencjał komórkowy może być obliczony z równania Goldmana-Hodgkina-Katza zamiast równania Nernsta.