Pomimo błony ochronnej, która oddziela komórkę od środowiska, komórki potrzebują zdolności do wykrywania i reagowania na zmiany środowiskowe. Ponadto komórki często muszą się ze sobą komunikować. Organizmy jednokomórkowe i wielokomórkowe wykorzystują różne mechanizmy sygnalizacji komórkowej do komunikowania się w odpowiedzi na środowisko.

Komórki reagują na wiele rodzajów informacji, często za pośrednictwem białek receptorowych umieszczonych na błonie. Na przykład komórki skóry reagują na informacje dotykowe i przekazują je, podczas gdy fotoreceptory w siatkówce mogą wykrywać światło. Jednak większość komórek ewoluowała, aby reagować na sygnały chemiczne, w tym hormony, neuroprzekaźniki i wiele innych rodzajów cząsteczek sygnałowych. Komórki mogą nawet koordynować różne reakcje wywoływane przez tę samą cząsteczkę sygnałową.

Zazwyczaj sygnalizacja komórkowa obejmuje trzy etapy: (1) odbiór sygnału, (2) transdukcję sygnału i (3) odpowiedź. W większości odbiorów sygnałów nieprzepuszczalna dla błony cząsteczka lub ligand powoduje zmianę w receptorze błonowym; Jednak niektóre cząsteczki sygnałowe, takie jak hormony, mogą przenikać przez błonę, aby dotrzeć do swoich wewnętrznych receptorów. Receptor błonowy może następnie wysłać ten sygnał do przekaźników wewnątrzkomórkowych, które przekształcają wiadomość w odpowiedź komórkową. Ta odpowiedź wewnątrzkomórkowa może obejmować zmianę transkrypcji, translacji, aktywacji białka lub wiele innych.

Organizmy jednokomórkowe, takie jak bakterie, mogą wykorzystywać rodzaj sygnalizacji komórkowej zwany quorum sensing do wykrywania ich stężenia w kolonii i generowania skoordynowanych reakcji. Komórki eukariotyczne mogą uwalniać ligandy, które celują w tę samą komórkę, która wytworzyła sygnał (sygnalizacja autokrynna) lub sąsiednie komórki (sygnalizacja parakrynna). Sygnały mogą być nawet przesyłane na duże odległości, jak w przypadku niektórych hormonów, i wytwarzać odpowiedzi w odległych komórkach, zwane sygnalizacją endokrynologiczną. Sygnalizacja zależna od kontaktu opisuje fizyczne szlaki utworzone między sąsiednimi komórkami, przez które sygnały cytoplazmatyczne mogą szybko przechodzić. Komórki układu nerwowego mogą generować szybkie odpowiedzi poprzez specjalizację sygnalizacji komórkowej zwaną sygnalizacją synaptyczną.