Les molécules qui convertissent les signaux extracellulaires en signaux intracellulaires sont appelées récepteurs membranaires. Les récepteurs membranaires sont des protéines qui traversent la membrane cellulaire et possèdent un site de liaison pour une molécule de signalisation extracellulaire spécifique, ou ligand. Lorsqu'un ligand se lie à son récepteur, il provoque un changement de conformation dans le récepteur qui déclenche une cascade d'événements intracellulaires, conduisant finalement à une réponse cellulaire. Différents types de récepteurs membranaires comprennent les récepteurs couplés aux protéines G, les canaux ioniques dépendants du ligand et les récepteurs tyrosine kinases.