膜片钳电生理学是研究离子通道功能的金标准技术。它以皮安灵敏度和毫秒时间分辨率测量通过细胞膜离子通道的电流。该技术由Neher和Sakmann开发，他们因此获得1991年诺贝尔奖。

膜片钳技术使用尖端直径约1 µm的玻璃微电极，内充电解质溶液并含有银-氯化银电极。将微电极压在细胞膜上，轻轻吸力在玻璃与膜之间形成吉欧封接。这种高阻抗封接降低了电噪声，允许测量皮安级电流。

细胞贴附式构型记录完整膜片上通道的电流，同时保持细胞内部不受干扰。内面向外式膜片通过回拉微电极离开细胞形成，将细胞内表面暴露于浴液，允许控制细胞内环境。外面向外式膜片通过打破封接然后回拉微电极形成，膜重新形成，细胞外表面朝向浴液，用于研究通道药理学。

全细胞膜片钳通过施加吸力或电压脉冲打破膜片，提供进入细胞内部的电学通路。微电极内液透析细胞质，允许控制细胞内离子组成。穿孔膜片钳变体使用两性霉素B等抗生素维持电学通路而不透析细胞质。

电压钳模式将膜电位维持在指令值，测量维持该电位所需的电流。电流-电压关系揭示通道激活和整流的电压依赖性。电流钳模式注入电流并测量由此产生的膜电位变化，记录动作电位和突触电位。

数据分析包括确定单通道电导、开放概率、平均开放和关闭时间以及调节剂的作用。药物使用快速溶液交换系统施加以研究动力学。温度控制维持生理条件。

使用平面电极芯片的自动化膜片钳系统实现离子通道药物的中等通量筛选。这些系统用于药物开发中的安全药理学评估（hERG通道风险）和新型通道调节剂的发现。