在正常情況下，運動神經末梢在動作電位去極相的影響下，大量含乙酰膽堿的襄泡向軸突膜移動。通過出泡作用，大量乙酰膽堿得以釋出至神經-肌肉接頭的間隙。襄泡的釋放除受軸突膜電位變化的影響外，還與細胞間液中的Ca2+和Mg2+的濃度有關。動作電位的去極相可引起膜上的Ca2+通道開放，而Ca2+的進入量也決定著襄泡釋放的數量；Mg2+則能竟爭性地進入軸突，對抗Ca2+的作用。低鎂血癥時，Ca2+的進入增多，故乙酰膽堿的釋放量也增多。此外，Mg2+還能抑制終板膜上乙酰膽堿受體對乙酰膽堿的敏感性。低鎂血癥時，這種抑制減弱。因此，神經-肌肉接頭處興奮傳遞加強。而且，Mg2+還能抑制神經纖維和骨骼肌的應激性；低鎂血癥時，神經纖維和骨骼肌的應激性就增高，故在臨床上可出現一系列神經-肌肉應激性增高的表現如小束肌纖維收縮、震顫、陽性的Chvostek征和Trousseau征和手足搐搦。Mg2+還有抑制中樞神經系統的作用；低鎂血癥時這種抑制減弱，故可出現反射亢進，對聲、光反應的過強、焦慮、易激動等癥狀。Mg2+對平滑肌也有抑制作用，低鎂血癥時平滑肌的興奮可導致嘔吐或腹瀉。