Nach einem einleitenden Text zum Aufbau des Herzens folgt nun die Funktionsweise.

Um die rhythmische Abfolge von Systole und Diastole zu gewährleisten, bedarf es Mechanismen, die die Leistung der Herzmuskelzellen räumlich und zeitlich gewissenhaft aufeinander abstimmen. Dies erfolgt über elektrische Signale, die in der Regel im Sinusknoten - in Ausnahmefällen auch im AV-Knoten - entstehen. Hier sei auch gleich die Besonderheit des Herzens erwähnt, denn die Nervenzellen des Sinus- und AV-Knoten im Herzen sind die einzigen Nervenzellen, die autonom funktionieren. Sie werden daher auch als Schrittmacherzellen bezeichnet und geben den Rhythmus der Erregungsausbreitung vor.

Die Autonomie der Schrittmacherzellen wird dadurch ermöglicht, dass sie keine raschen Na⁺-Kanäle besitzen. Der Aufstrich erfolgt daher langsamer als im Arbeitsmyokard und wird durch Ca²⁺-Einstrom erzeugt. Die Plateauphase ist weniger ausgeprägt und fällt zeitlich mit der Membranpermeabilität für Ca²⁺ zusammen. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das Ruhepotential am Sinusknoten nicht konstant ist und sich an die Repolarisation eine Phase der spontanen diastolischen Depolarisation anschließt. Voraussetzung hierfür ist das Fehlen der stabilisierenden Kaliumleitfähigkeit, sowie der Schrittmacherstrom, der durch die Hyperpolarisation aktiviert und von den Na⁺-Kanälen getragen wird, die durch nicht-selektive Kationenkanäle einströmen. Erreicht die diastolische Depolarisation die Schwelle, entsteht ein neues Aktionspotential. Die Zeit, die bis zum Entstehen eines neuen Aktionspotentials verstreicht, bestimmt die Frequenz, mit der z.B. der Sinusknoten tätig ist.

Durch die Schrittmacherzellen des Sinusknoten angeregt, breitet sich die Erregung über Gap-Junctions (Verbindungen des Zellinneren benachbarter Zellen) weiter aus. Ein Aktionspotential (Aufstrich, Overshoot, Plateau, Repolarisation) breitet sich in typischer Bewegung über das Arbeitsmyokard aus:

Vom Sinusknoten über die beiden Vorhöfe hin zum AV-Knoten: Der AV-Knoten stellt die einzige leitende Verbindung zwischen Vorhof und Ventrikel dar, die durch die Ventilebene zum His-Bündel, zu den Kammerschenkeln und Purkinje-Fasern führt. An der Übertragungstelle im AV-Knoten kommt es zu einer wesentlichen Verzögerung der Weiterleitung, was sich durch die geringe Anzahl der schnellen Natriumkanäle an dieser Stelle erklären lässt. Der Nutzen dieser Verzögerung ist eine Sicherung, die das Herz bei abnorm gesteigerten Frequenzen schützt, da der AV-Knoten beispielsweise bei Vorhofflimmern nicht überleitet, da die Frequenzen in die Refraktärphase des jeweils vorangegangenen Aktionspotentials fallen, die sich ja relativ langsam über den AV-Knoten ausbreiten. Zusätzlich hat die verlangsamte Überleitung zur Folge, dass die Ventrikel während der Diastole ein genügend großes Zeitintervall für die Füllung zur Verfügung haben. Im Ventrikelmyokard wird die Erregung über Gap-Junctions von einer Myokardzelle auf die nächste übertragen. Die Ausbreitungszeit in den Ventrikeln ist mit 140 ms wesentlich kürzer als die Dauer des Aktionspotentials mit ca. 300 ms. Dies führt dazu, dass sich der Herzmuskel wegen der langen Refraktärzeit nicht selbst erregen kann.

Die Erregung erfolgt durch das Zusammenspiel verschiedener Kanäle und funktioniert wie folgt:
Eine Zelle des Arbeitsmyokards wird durch die Schrittmacherzellen des Sinusknoten erregt. Dies bewirkt eine Änderung des Membranpotentials, was wiederum dazu führt, dass Natriumkanäle geöffnet werden und Na⁺ kann aus dem Extrazellulärraum ins Innere der Zelle fließen (Aufstrich). Nach einigen ms schließen sich die Natriumkanäle, während die Calciumkanäle öffnen und Ca²⁺ in die Zelle strömt, was den Interzellulärraum noch positiver werden lässt (Overshoot). Parallel dazu öffnen sich nun Kaliumkanäle, die K⁺ vom Zellinnenraum nach außen leiten. Dies führt zu einem Plateau, dass sich über ca. 200 ms hält. In dieser Zeit bleibt das Membranpotential konstant (Plateau). Die Calciumkanäle schließen sich nach dieser Zeit, es strömt nur noch K⁺ aus der Zelle heraus und der elektrische Gradient, also das Ruhemembranpotential wird wieder hergestellt. Zum Ausgleich des chemischen Gradienten kommt es über die Natrium-Kalium-Pumpe, die unter ATP-Verbrauch 3 Na⁺ aus der Zelle raus und 2 K⁺ in die Zelle rein transportiert (Repolarisation durch Antiport).

In bestimmten Situationen (z.b. Schock) kann die Öffnungswarscheinlichkeit der Ca²⁺-Kanäle durch die Wirkung von Adrenalin & Noradrenalin dadurch gesteigert werden, dass cAMP die Calciumkanäle phosphoryliert und damit ein verstärkter Ca²⁺-Einstrom stattfinden kann.