Принцип параметрического разделения ионов, реализованный в макроскопической модели, может лежать в основе молекулярного механизма функционирования ионных насосов клеточных мембран. В наиболее общем случае для его реализации на молекулярном уровне необходимо периодическое и синхронное изменение профилей потенциальной энергии ионов натрия и калия в мембране, приводящее к возникновению средних по времени потоков ионов калия в клетку и натрия из клетки. На этом уровне модель представляет собой потенциальную яму, отделенную от внутри- и внеклеточной среды потенциальными барьерами. Глубины ям и высоты барьеров для каждого типа ионов изменяются синхронно при конформационных изменениях макромолекулы фермента, сопровождающих гидролиз АТФ. Этот подход может быть использован при рассмотрении Са­АТФазы. Фиксированную стехиометрию переноса разных ионов можно получить, введя многоместные ямы и обратную связь между переносом ионов и гидролизом АТФ, запрещающую гидролиз при "неправильном" заполнении ям. Нарушение этого сопряжения в различных условиях для Na­насоса приводит к возникновению особых режимов работы, известных как Na/Na­обмен, АТФ/АДФ­обмен и т.д. Дальнейшая детализация модели состоит в учете размеров ионов, их электронной структуры и возможного расположения лигандов в молекуле фермента с учетом симметрии электронной структуры ионов. Перенос ионов Са²⁺ осуществляется через одну полость. Для переноса ионов в Na­насосе со стехиометрией 3 Na⁺ : 2 K⁺ могут быть использованы одни и те же ионообменные полости в молекуле фермента при незначительных изменениях конфигурации лигандов. Одна ионообменная полость, a, находится на большой субъединице, другая, b, - на малой. Полости могут соединяться ионными каналами друг с другом и, кроме того, a­полость может соединяться с внутриклеточной средой, а b­полость - с внеклеточной. Конформационные изменения субъединиц, изменение констант связывания ионов в полостях, а также открытие и закрытие ионных каналов синхронизованы с отдельными стадиями реакции гидролиза АТФ. Изменение взаимного расположения субъединиц может быть как возвратно­поступательным, так и вращательным. Термодинамические оценки и стохастическое моделирование процесса переноса ионов показали, что модель согласуется с результатами экспериментальных данных.