De molekyler, der omdanner ekstracellulære signaler til intracellulære, kaldes membranreceptorer. Membranreceptorer er proteiner, der spænder over cellemembranen og har et bindingssted for et specifikt ekstracellulært signalmolekyle eller ligand. Når en ligand binder til sin receptor, forårsager det en konformationel ændring i receptoren, der udløser en kaskade af intracellulære hændelser, hvilket i sidste ende fører til et cellulært respons. Forskellige typer membranreceptorer omfatter G-proteinkoblede receptorer, ligand-gatede ionkanaler og receptortyrosinkinaser.