De moleculen die extracellulaire signalen omzetten in intracellulaire signalen worden membraanreceptoren genoemd. Membraanreceptoren zijn eiwitten die het celmembraan omspannen en een bindingsplaats hebben voor een specifiek extracellulair signaalmolecuul of ligand. Wanneer een ligand zich aan zijn receptor bindt, veroorzaakt het een conformationele verandering in de receptor die een cascade van intracellulaire gebeurtenissen teweegbrengt, die uiteindelijk tot een cellulaire respons leidt. Verschillende soorten membraanreceptoren omvatten G-eiwit-gekoppelde receptoren, ligand-gated ionkanalen en receptortyrosinekinasen.