มีการกำหนดลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนช่องไอออนที่แตกต่างกันจำนวนมาก และในบางกรณีก็รู้จักโครงสร้างผลึกเอ็กซ์เรย์ของช่องไอออนเช่นกัน ตามโครงสร้างของช่องไอออนส่วนใหญ่สามารถจำแนกได้เป็นหกหรือเจ็ดตระกูล superfamilies สำหรับช่องทางเลือกโพแทสเซียมซึ่งเป็นหนึ่งในช่องไอออนที่มีลักษณะเฉพาะที่ดีที่สุด หน่วยย่อยของเมมเบรนที่คล้ายคลึงกัน 4 หน่วยมารวมกันเพื่อสร้างอุโมงค์ที่เรียกว่ารูพรุนที่เป็นตัวนำ ซึ่งให้ทางเดินที่มีขั้วผ่านเยื่อไขมันที่ไม่มีขั้ว ช่องประเภทอื่นๆ ไอออน ต้องการหน่วยย่อยที่คล้ายคลึงกันสามหรือห้าหน่วยเพื่อสร้างรูพรุนตัวนำกลาง ในสารละลาย ไอออนจะถูกทำให้เสถียรโดยโมเลกุลของน้ำที่มีโพลาไรซ์ในสภาพแวดล้อมโดยรอบ ช่องไอออนที่แคบและมีการคัดเลือกสูงจะเลียนแบบสภาพแวดล้อมของน้ำโดยการบุรูพรุนตัวนำด้วยอะตอมของออกซิเจนคาร์บอนิลโพลาไรซ์ ช่องที่เลือกน้อยสร้างรูพรุนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่พอที่ไอออนและโมเลกุลของน้ำจะทะลุผ่านกันได้