G蛋白偶联受体是间接影响细胞变化的配体结合受体。实际受体是单个多肽，其横穿细胞膜七次，形成细胞内外循环。细胞外循环形成配体特异性口袋，其与神经递质或激素结合。细胞内循环保持在G蛋白上。

G蛋白或鸟嘌呤核苷酸结合蛋白是一种大的异三聚体复合物。其三个亚单位被标记为α (阿尔法)、β (贝塔)和γ (伽马)当受体未结合或静止时, α-亚单位结合鸟苷二磷酸分子或GDP，并且所有三个亚单位都连接到受体上。

当配体与受体结合时，α-亚单位释放GDP并结合三磷酸鸟苷 (GTP)分子。这个动作会从受体释放释放α-GTP复合物和β-γ复合物。α-GTP可以沿着膜运动，激活cAMP等第二信使途径。然而，有不同类型的α亚单位和一些是抑制，关闭cAMP。

β-γ复合物可能与钾离子通道相互作用，钾离子通道向细胞外释放钾离子，导致细胞膜超极化。这种配体门控离子通道称为G蛋白偶联内向整流钾通道或GIRK。

配体不能永久结合受体。当配体离开受体时，G-蛋白单位就可以重新结合和重新附着。但在此之前，附近的酶必须水解附在α-亚单位上的GTP，使之恢复到GDP。一旦实现了这一点，β-γ复合物与GDP-α复合物重组，整个G蛋白重新连接到其受体结构域。

常见的G-蛋白偶联受体有:骨骼肌中的毒蕈碱乙酰胆碱受体、心脏中的Beta-1肾上腺素受体和平滑肌细胞上的加压素受体。在感觉系统中，如嗅觉受体和一些味觉受体，结合配体是环境分子。例如，蔗糖分子与G蛋白偶联受体结合，产生甜味感。

G-蛋白偶联受体的改变可能在情绪障碍，如抑郁症中起重要作用。血清素是5HT1A受体的配体，5HT1A受体是一种G蛋白偶联受体。有人认为，在抑郁状态下，配体和受体之间的相互作用发生了变化;要么配体结合时间不够长，要么受体没有完全反应。这会导致血清能信号传导不良，表现为抑郁。