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细胞是动物和人体的基本组成单元，细胞与细胞内的通信,是依靠其膜上的离子通道进行的，离子和离子通道是细胞兴奋的基础，亦即产生生物电信号的基础，生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量，形成了一门细胞电生理学（electrophysiology）学科。用电生理方法记录电活动，早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。

膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。

1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann首次在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时，记录到乙酰胆碱（Acetylcholine, ACh）激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50cm H₂O的负压吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），大大降低了记录时的噪声水平，实现了单根电极既钳制膜片电位又记录单通道电流的突破。1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进，引进了膜片游离技术和全细胞记录技术，从而使该技术更趋完善，具有1pA的电流灵敏度、1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率。1983年10月，《Single-Channel Recording》一书的问世，奠定了膜片钳技术的里程碑。为细胞生理的研究带来了一场革命性的变化，膜片钳技术象基因克隆技术一样，给生命科学研究带来了巨大的动力。Sakmann 和Neher也因其杰出的工作和突出贡献，荣获1991年诺贝尔医学和生理学奖。

膜片钳技术是用玻璃微电极吸管把只含1-3个离子通道、面积为几个平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来，由于电极尖端与细胞膜的高阻封接，在电极尖端笼罩下的那片膜事实上与膜的其他部分从电学上隔离，因此，此片膜内开放所产生的电流流进玻璃吸管，用一个极为敏感的电流监视器（膜片钳放大器）测量此电流强度，就代表单一离子通道电流。

从所使用的标本来看，已从肌细胞（心肌、平滑肌、骨骼肌）、神经元发展到内分泌细胞、血细胞、肝细胞等其它多种细胞；从急性分散细胞和培养细胞（包括细胞株）发展到脑片乃至整体动物。从蜗牛、青蛙、蝾螈、爪蟾卵母细胞发展到大鼠、人等等。另外也有在植物细胞（如蚕豆保卫细胞）上进行膜片钳研究的报道。

膜片钳技术发展至今，已经成为现代细胞电生理的常规方法，它不仅可以作为基础生物医学研究的工具，而且直接或间接为临床医学研究服务，目前膜片钳技术广泛的应用于 神经科学，脑科学，心肌细胞，心血管，药物学，药理学，生理学，细胞生物学，生殖生理，病理生理，中药学，植物细胞生理学等领域的研究，并可作为细胞生物学与分子生物学研究的桥梁。