A pesar de la membrana protectora que separa a una célula del medio ambiente, las células necesitan la capacidad de detectar y responder a los cambios ambientales. Además, las células a menudo necesitan comunicarse entre sí. Los organismos unicelulares y pluricelulares utilizan una variedad de mecanismos de señalización celular para comunicarse con el medio ambiente.

Las células responden a muchos tipos de información, a menudo a través de proteínas receptoras ubicadas en la membrana. Por ejemplo, las células de la piel responden y transmiten la información táctil, mientras que los fotorreceptores de la retina pueden detectar la luz. Sin embargo, la mayoría de las células han evolucionado para responder a señales químicas, incluidas hormonas, neurotransmisores y muchos otros tipos de moléculas de señalización. Las células pueden incluso coordinar diferentes respuestas provocadas por la misma molécula de señalización.

Por lo general, la señalización celular implica tres pasos: (1) recepción, (2) transducción y (3) respuesta. En la mayoría de las recepciones de señales, una molécula impermeable a la membrana, o ligando, provoca un cambio en un receptor de membrana; Sin embargo, algunas moléculas de señalización, como las hormonas, pueden atravesar la membrana para llegar a sus receptores internos. El receptor de membrana puede enviar esta señal a los mensajeros intracelulares, transduciendo el mensaje en una respuesta celular. Esta respuesta intracelular puede incluir cambios en la transcripción, traducción, activación de proteínas y otras respuestas.

Los organismos unicelulares, como las bacterias, pueden utilizar un tipo de señalización celular llamada detección de quórum para detectar su concentración en una colonia y generar respuestas coordinadas. Las células eucariotas pueden liberar ligandos que se dirigen a la misma célula que produjo la señal (señalización autocrina) o a las células vecinas (señalización paracrina). Las señales pueden incluso enviarse a largas distancias, como en el caso de algunas hormonas, y producir respuestas en células distantes, lo que se denomina señalización endocrina. La señalización dependiente del contacto describe las vías físicas creadas entre las células vecinas a través de las cuales las señales citoplasmáticas pueden pasar rápidamente. Las células del sistema nervioso pueden generar respuestas rápidas a través de una especialización de la señalización celular llamada señalización sináptica.