В. Ю. Чаговец (1896) предложил первую диффузионную теорию биоэлектрических явлений. Он считал, что при раздражении или повреждении живых тканей в месте возбуждения или раздражения накапливаются соединения угольной кислоты. Углекислота диссоциирует на ионы, которые с резко различной скоростью начинают двигаться к неизмененным участкам ткани. В результате в невозбужденной ткани накапливается избыток положительно заряженных водородных ионов (положительный заряд), а в возбужденном участке накапливаются отрицательно заряженные анионы кислоты (отрицательный заряд). Нернст (1908) полагал, что разность потенциалов в нервах и мышцах при их раздражении появляется благодаря накоплению движущихся ионов у полупроницаемых клеточных мембран.
Живая возбудимая ткань — проводник второго рода. При пропускании через ткань электрического тока происходит передвижение тканевых ионов. На пути своего движения ионы встречают полупроницаемые пластины, состоящие из белков,— мембраны. У этих коллоидных мембран ионы накапливаются и концентрируются до пороговой величины, необходимой для возникновения возбуждения. Следовательно, возбуждение связано с поляризацией полупроницаемых мембран, с возникновением при раздражении разности потенциалов по обе их стороны вследствие неравномерного распределения разных ионов. Диффузия ионов действует в противоположном направлении. Нернст предложил формулы для вычисления поляризации, необходимой для порога раздражения при действии постоянного и переменного токов.
Когда сила тока и продолжительность его действия недостаточны для накопления пороговой концентрации ионов, раздражение не дает видимого эффекта. Формулы Нернста приложимы к средним значениям времени действия тока и частоты его периодов.
Ж. Леб (1915) создал теорию антагонизма ионов, ядов и гормонов. Согласно его теории, одновалентные ионы щелочных металлов (натрий, калий) вызывают возбуждение, а двухвалентные ионы щелочноземельных металлов (кальций и магний) действуют угнетающим, тормозящим образом. По его мнению, возбудимость живой ткани определяется соотношением концентраций этих ионов.
Согласно ионной теории П. П. Лазарева (1916, 1923), скорость движения одновалетных ионов больше, чем двухвалентных, поэтому они успевают накопиться у катода раньше, чем двухвалентные. Следовательно, соотношение концентрации ионов изменяется в пользу натрия и калия, и поэтому наступает возбуждение. По мнению П. П. Лазарева, быстро движущиеся одновалентные катионы проникают через полупроницаемые коллоидные мембраны, которые задерживают анионы. Особенно легко проходит через эти мембраны калий. Накопление катионов вызывает в другом участке ткани перевес анионов, что в свою очередь приводит к прохождению в этот участок катионов. Этот процесс распространяется вдоль толщи ткани.
Следовательно, все теории раздражения утверждают, что как возбуждение, так и возникновение электрического тока при возбуждении обусловлены разностью концентрации ионов у коллоидных мембран.