細胞を環境から分離する保護膜にもかかわらず、細胞には環境の変化を検出して応答する能力が必要です。さらに、細胞はしばしば互いに通信する必要があります。単細胞生物と多細胞生物は、さまざまな細胞シグナル伝達メカニズムを使用して環境と通信します。

細胞は、多くの場合、膜上に配置された受容体タンパク質を介して、さまざまな種類の情報に応答します。たとえば、皮膚細胞は触覚情報に反応して伝達しますが、網膜の光受容体は光を検出できます。しかし、ほとんどの細胞は、ホルモン、神経伝達物質、その他多くの種類のシグナル伝達分子を含む化学シグナルに応答するように進化してきました。細胞は、同じシグナル伝達分子によって誘発される異なる応答を調整することさえできます。

通常、細胞シグナル伝達には、(1)受信、(2)形質導入、(3)応答の3つのステップが含まれます。ほとんどの信号受信では、膜不透過性分子またはリガンドが膜受容体に変化を引き起こします。ただし、ホルモンなどの一部のシグナル伝達分子は、膜を横切って内部受容体に到達することができます。その後、膜受容体はこのシグナルを細胞内メッセンジャーに送り、メッセージを細胞応答に伝達します。この細胞内応答には、転写、翻訳、タンパク質活性化、およびその他の応答の変化が含まれる場合があります。

細菌などの単細胞生物は、クオラムセンシングと呼ばれる一種の細胞シグナル伝達を使用して、コロニー内の濃度を検出し、協調的な応答を生成できます。真核細胞は、シグナルを産生したのと同じ細胞(オートクリンシグナル伝達)または隣接する細胞(パラクリンシグナル伝達)を標的とするリガンドを放出できます。シグナルは、一部のホルモンのように長距離で送信することもでき、内分泌シグナル伝達と呼ばれる遠隔細胞で応答を生成します。接触依存性シグナル伝達は、細胞質シグナルが迅速に通過できる隣接する細胞間に形成される物理的経路を表します。神経系細胞は、シナプスシグナル伝達と呼ばれる細胞シグナル伝達の特殊化を通じて、迅速な応答を生成することができます。