電壓鉗該技術由Cole和Marment設計，後經Hodgkin和Huxley改進並成功地套用於神經纖維動作電位的研究。其設計原理是根據離子作跨膜移動時形成了跨膜離子電流（I），而通透性即離子通過膜的難易程度，其膜電阻（R）的倒數，也就是膜電導（G）。因此，膜對某種離子通透性增大時，實際上時膜電阻變小，即膜對該離子的電導加大。根據歐姆定律V＝IR，即I=V/R=VG，所以，只要固定膜兩側電位差（V）時，測出的跨膜電流（I）的變化，就可作為膜電導變化的度量，即可了解膜通透性的改變情況。
電壓鉗裝置（附屬檔案1）有兩個微電極插入細胞，一個是測量膜電位的微電極Em，它通過高阻抗前級放大器（XI）檢測膜電位（Em），並將信號輸入反饋放大器（FBA）；另一電極I’與FBA輸出端相連，用作向細胞內注入電流，FBA的兩個輸入端中一個接受電位Em的輸入，另一個接受指令電位（C），當兩者電位相等時輸出電流為零，當兩者出現差異時，FBA經電極I’輸出向細胞內注入電流，該電流在膜兩側產生趨向於指令電位C的電位變化，如此構成一個使膜電位始終等於指令電位C的反饋電路，此時記錄的Im就可反映膜電導G的變化。其實Im就是經電極I’注入的電流，後者在電壓鉗制期間精確地對抗通道電流而使膜電流保持恆定。
