心脏特殊传导组织中的自律细胞在3期复极化末达到最大复极电位后，4期的膜电位并不稳定于这一水平，而是立即开始自动去极化。4期自动去极化达到阈值会爆发一次新的动作电位。

这种4期自动去极化过程，具有随时间递增的特点，其去极化速度较缓慢，是自律细胞产生自动节律兴奋的基础。与4期自动去极化有关的离子电流有三种：延迟整流钾电流（delayed rectifier K⁺ current; I_K）、超极化激活的内向离子电流（hyperpolarization-activated inward ion current/funny current; I_f）和T型钙电流（transient calcium current; I_Ca-T）。

I_K通道在动作电位0期去极化时就已开始激活开放，以后钾离子（K⁺）外流逐渐增强，成为自律细胞3期复极的主要原因。但I_K通道在复极化接近最大复极电位时去激活关闭，K⁺的外流逐渐减少。由于此时外向的I_K电流还相当大，因此其衰减而使内向电流相对增强的作用也相当大。I_K通道的去激活关闭所造成的K⁺外流进行性衰减是自律细胞4期自动去极化重要的离子基础。甲磺酰苯胺类药物可阻断I_K通道。

I_f电流是一种进行性增强的内向离子流，主要是钠离子（Na⁺）内流。I_f通道的最大激活电位约100毫伏。窦房结P细胞（pacemaker cell）的最大复极电位约70毫伏。在此电位水平，I_f通道的激活十分缓慢，电流强度也较小，因此I_f电流在窦房结P细胞4期自动去极化过程中所起作用可能不大。而浦肯野细胞的最大复极电位和4期膜电位水平与I_f通道充分激活的电位水平较接近，因而认为I_f电流的增强在浦肯野细胞的4期自动去极化过程中起主要作用。I_f通道可被铯（Cs）阻断。

除L型钙通道外，窦房结P细胞还存在T型钙通道，其阈电位约为50毫伏。当4期自动去极化到50毫伏时，T型钙通道被激活开放，引起少量的内向I_Ca-T，成为4期自动去极化后期的一个组成成分。T型钙通道可被氯化镍（NiCl₂）阻断，而一般的钙拮抗剂对I_Ca-T则无阻断作用。