Siłą napędową tego enzymu, potrzebną do pompowania jonów sodu i potasu, jest hydroliza ATP. ATP-aza Na+/K+ jest fosforylowana przez ATP w obecności jonów sodu i magnezu. Do podjednostki α, która jest związana z ATP, wiązane są trzy jony sodu. Następnie ATP ulega hydrolizie, a zmiana konformacji białka pozwala na przetransportowanie jonów sodu na zewnątrz komórki, gdzie zostają uwolnione z kompleksu. Zachodzi tu związanie dwóch jonów potasu oraz defosforylacja, wywołująca ponowną zmianę konformacji pozwalającą na przeniesienie jonów potasu do wnętrza komórki. Tu uwolnienie jonów następuje po przyłączeniu cząsteczki ATP.
Fosforylacja zależna od Na+ i defosforylacja zależna od K+ są krytycznymi reakcjami enzymu. Cykl enzymatyczny trwa 10 ms. Tak więc pojedyncza pompa, pracując przy maksymalnej prędkości 100 obrotów na sekundę, transportuje w ciągu sekundy 300 jonów Na+ i 200 jonów K+.