尽管细胞与环境之间有保护膜，但细胞需要能够检测和响应环境变化。此外，细胞通常需要相互通信。单细胞和多细胞生物使用各种细胞信号转导机制与环境进行通信。

细胞对多种类型的信息做出反应，通常是通过位于膜上的受体蛋白。例如，皮肤细胞响应并传递触摸信息，而视网膜中的光感受器可以检测光线。然而，大多数细胞已经进化到对化学信号做出反应，包括激素、神经递质和许多其他类型的信号分子。细胞甚至可以协调由同一信号分子引发的不同反应。

通常，细胞信号转导涉及三个步骤:（1） 接收，（2） 转导和 （3） 反应。在大多数信号接收中，膜不可渗透的分子或配体会导致膜受体发生变化;然而，一些信号分子，如激素，可以穿过膜到达其内部受体。然后，膜受体可以将该信号发送给细胞内信使，将信息转导为细胞反应。这种细胞内反应可能包括转录、翻译、蛋白质激活和其他反应的变化。

细菌等单细胞生物可以使用一种称为群体感应的细胞信号传导来检测它们在菌落中的浓度并产生协调反应。真核细胞可以释放靶向产生信号的同一细胞（自分泌信号传导）或邻近细胞（旁分泌信号传导）的配体。信号甚至可以远距离发送，就像某些激素一样，并在远处的细胞中产生反应，称为内分泌信号传导。接触依赖性信号转导描述了相邻细胞之间产生的物理途径，细胞质信号可以通过这些途径快速通过。神经系统细胞可以通过一种称为突触信号传导的细胞信号传导特化来产生快速反应。