Una cellula può modificare i processi cellulari di un'altra cellula inviando dei segnali chimici quali ormoni, neurotrasmettitori e mediatori chimici locali. Di questa classe di molecole, alcune entrano nella cellula e ne influenzano i meccanismi di trascrizione genica, agendo direttamente sul DNA, altre esercitano la loro azione dall'esterno.

In quest'ultimo caso, è innanzitutto necessario che la molecola "segnale" venga riconosciuta in modo specifico dalla cellula bersaglio.

I recettori di membrana sono delle proteine localizzate sulla superficie delle cellule bersaglio. Il recettore della maggior parte dei neutrasmettitori è un canale ionico cioè una proteina che in seguito al legame col neurotrasmettitore si apre lasciando passare degli ioni, evento che rappresenta un segnale che verrà poi interpretato correttamente dalla cellula. Tuttavia, per gran parte delle molecole segnale, si verifica una serie di eventi molto più complessa tra il legame della molecola al suo recettore e i suoi effetti finali sulla cellula.

Un classico esempio è rappresentato dai recettori accoppiati alle proteine G. Le proteine G, definite cosi perchè sono a loro volta in grado di legare (nella loro foma attiva) una piccola molecola detta GTP, sono proteine che si attivano quando il recettore è occupato dalla molecola segnale.

I recettori di membrana accoppiati alle proteine G, in presenza del ligando, promuovono la conversione della proteina G in forma attiva (legata al GTP). La proteina G attivata ineragisce a sua volta con numerose proteine effettrici, di solito enzimi o canali ionici, modificandone la attività.

Con questa complessa serie di processi, le molecole segnale extracellulari esercitano i loro effetti sulle cellule provocando diverse risposte quali secrezione di sostanze, aumento di permeabilità a determinate molecole, liberazione di anticorpi e cosi via.