兴奋-收缩耦联的过程在肌肉收缩中起着关键作用。当高浓度的钙离子进入肌质，它与细肌丝上的肌钙蛋白结合，导致细肌丝构象变化，暴露出与粗肌丝横桥结合的位点。横桥与这个位点结合后，通过扭动拉动细肌丝向粗肌丝的间隙滑动。接着，横桥与细肌丝解离，重复这一结合-扭动-解离的循环，促使肌小节不断缩短，从而实现肌肉的收缩。这一机制即肌丝滑行理论，其中，钙离子的介入是关键环节，细肌丝在粗肌丝内滑行，增加两者重叠，引发肌小节的收缩。
肌丝由两种主要蛋白质构成：粗肌丝由规则排列的200-300个肌凝蛋白分子组成，每个肌凝蛋白呈杆状，另一端的横桥在钙离子存在下与细肌丝结合。细肌丝则包括肌纤蛋白、原肌凝蛋白和肌钙蛋白，肌钙蛋白具有高亲和力，钙离子增多时，它会与肌钙蛋白结合，调整原肌凝蛋白构象，解除对横桥与肌纤蛋白结合的阻碍。
肌纤蛋白与肌凝蛋白是收缩蛋白质，而原肌凝蛋白和肌钙蛋白则是调节蛋白质。横桥自身具有ATP酶活性，利用结合和解离ATP的能量驱动其与肌纤蛋白的交互。通过这个动态过程，钙离子将神经兴奋的电化学信号转化为肌肉的机械运动。因此，钙离子在兴奋-收缩耦联中扮演着至关重要的角色。
兴奋-收缩耦联（excitation-contraction coupling）是指肌纤维的兴奋和收缩的中介过程。其包括三个步骤：电兴奋通过横管系统传导到肌细胞深处；肌质网对钙离子的释放和再摄取；肌肉的收缩和舒张。