Molekylerna som omvandlar extracellulära signaler till intracellulära kallas membranreceptorer. Membranreceptorer är proteiner som spänner över cellmembranet och har ett bindningsställe för en specifik extracellulär signalmolekyl, eller ligand. När en ligand binder till sin receptor, orsakar den en konformationsförändring i receptorn som utlöser en kaskad av intracellulära händelser, vilket i slutändan leder till ett cellulärt svar. Olika typer av membranreceptorer inkluderar G-proteinkopplade receptorer, ligandstyrda jonkanaler och receptortyrosinkinaser.