بالرغم من الغشاء الواقي الذي يفصل الخلية عن البيئة ، تحتاج الخلايا إلى القدرة على اكتشاف التغيرات البيئية والاستجابة لها. بالإضافة إلى ذلك ، غالباً ما تحتاج الخلايا إلى التواصل مع بعضها البعض. تستخدم الكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا مجموعة متنوعة من آليات إشارات الخلايا للتواصل للاستجابة للبيئة.

تستجيب الخلايا لأنواع عديدة من المعلومات ، غالباً من خلال بروتينات المستقبل الموضوعة على الغشاء. على سبيل المثال ، تستجيب خلايا الجلد لمعلومات اللمس وتنقلها ، بينما يمكن للمستقبلات الضوئية في شبكية العين اكتشاف الضوء. ومع ذلك ، فقد تطورت معظم الخلايا لتستجيب للإشارات الكيميائية ، بما في ذلك الهرمونات ، والناقلات العصبية ، والعديد من الأنواع الأخرى من جزيئات الإشارات. يمكن للخلايا أيضاً تنسيق الاستجابات المختلفة الناتجة عن جزيء الإشارة نفسه.

عادةً ما تتضمن إشارات الخلية ثلاث خطوات: (١) استقبال الإشارة ، (٢) نقل الإشارة ، و (٣) الاستجابة. في معظم استقبال الإشارات ، يتسبب جزيء غير منفذ للغشاء ، أو ربيطة ، في حدوث تغيير في مستقبل الغشاء ؛ ومع ذلك ، يمكن لبعض جزيئات الإشارات ، مثل الهرمونات ، اجتياز الغشاء للوصول إلى مستقبلاتها الداخلية. يمكن للمستقبل الغشائي بعد ذلك إرسال هذه الإشارة إلى رسل داخل الخلايا ، مما يحول الرسالة إلى استجابة خلوية. قد تتضمن هذه الاستجابة داخل الخلايا تغيير النسخ أو الترجمة أو تنشيط البروتين أو غير ذلك.

يمكن للكائنات أحادية الخلية مثل البكتيريا استخدام نوع من إشارات الخلية يسمى استشعار النصاب لاكتشاف تركيزها في مستعمرة وإنشاء استجابات منسقة. يمكن للخلايا حقيقية النواة إطلاق الروابط التي تستهدف نفس الخلية التي أنتجت الإشارة (إشارات ذاتية الإفراز) أو الخلايا المجاورة (إشارات الإفراز الجنيب). يمكن إرسال الإشارات عبر مسافات طويلة ، كما في حالة بعض الهرمونات ، وتنتج استجابات في خلايا بعيدة ، تسمى إشارات الغدد الصماء. تصف الإشارات المعتمدة على التلامس المسارات المادية التي تم إنشاؤها بين الخلايا المجاورة والتي يمكن أن تمر عبرها الإشارات السيتوبلازمية بسرعة. يمكن لخلايا الجهاز العصبي أن تولد استجابات سريعة من خلال تخصص في إرسال الإشارات الخلوية يسمى الإشارات المشبكية.