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

تستجيب الخلايا للعديد من أنواع المعلومات ، غالبا من خلال بروتينات المستقبلات 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 للاستجابة للإشارات الكيميائية ، بما في ذلك الهرمونات والناقلات العصبية والعديد من الأنواع الأخرى من جزيئات الإشارات. يمكن للخلايا حتى تنسيق الاستجابات المختلفة الناتجة عن نفس جزيء الإشارة.

عادة ما تتضمن إشارات الخلية ثلاث خطوات: (1) الاستقبال ، (2) التنبيغ ، و (3) الاستجابة. في معظم استقبال الإشارة ، يتسبب جزيء غير منفذ للغشاء ، أو الترابط ، في حدوث تغيير في مستقبلات الغشاء. ومع ذلك ، يمكن لبعض جزيئات الإشارات ، مثل الهرمونات ، عبور الغشاء للوصول إلى مستقبلاتها الداخلية. يمكن لمستقبل الغشاء بعد ذلك إرسال هذه الإشارة إلى الرسل داخل الخلايا ، وتحويل الرسالة إلى استجابة خلوية. قد تشمل هذه الاستجابة داخل الخلايا تغييرات في النسخ والترجمة وتنشيط البروتين والاستجابات الأخرى.

يمكن للكائنات أحادية الخلية مثل البكتيريا استخدام نوع من إشارات الخلايا يسمى استشعار النصاب للكشف عن تركيزها في المستعمرة وتوليد استجابات منسقة. يمكن للخلايا حقيقية النواة إطلاق روابط تستهدف نفس الخلية التي أنتجت الإشارة (إشارات الأوتوكرين) أو الخلايا المجاورة (إشارات الباراكرين). يمكن إرسال الإشارات لمسافات طويلة ، كما في حالة بعض الهرمونات ، وتنتج استجابات في الخلايا البعيدة ، تسمى إشارات الغدد الصماء. تصف الإشارات المعتمدة على الاتصال المسارات الفيزيائية التي تم إنشاؤها بين الخلايا المجاورة والتي يمكن أن تمر من خلالها الإشارات السيتوبلازمية بسرعة. يمكن لخلايا الجهاز العصبي أن تولد استجابات سريعة من خلال تخصص إشارات الخلية يسمى الإشارات المتشابكة.