En los organismos pluricelulares, muchas moléculas transmiten señales entre las células para transmitir información. Estas señales varían en complejidad e incluyen pequeños péptidos, nucleótidos, esteroides, derivados de ácidos grasos y gases disueltos como el óxido nítrico. Algunas moléculas de señalización se difunden a través de la membrana plasmática para actuar localmente entre células vecinas o viajar largas distancias. Otras permanecen adheridas a la superficie de la célula, transmitiendo información a otras células solo cuando hacen contacto. En algunos casos, puede ser necesario un procesamiento especial, como la escisión proteolítica, para liberar los dominios extracelulares de las proteínas de señalización transmembrana. Por ejemplo, las señales de péptidos y proteínas se sintetizan como pre-pro-péptidos inactivos en el retículo endoplásmico rugoso, se convierten en pro-péptidos por escisión enzimática y se procesan posteriormente en el aparato de Golgi antes de ser activados enzimáticamente en las vesículas de transporte destinadas a la exocitosis.

Las

señales hidrosolubles en agua o hidrofílicas que no pueden pasar a través de la región no polar de la membrana plasmática o las moléculas que son demasiado grandes para pasar a través de la membrana se unen al dominio extracelular de los receptores de la superficie celular. El grupo de moléculas que se unen al receptor de la superficie celular es diverso. Consisten principalmente en aminoácidos que pueden ser no modificados, modificados en un derivado o incorporados en péptidos y proteínas. Por ejemplo, los neurotransmisores como el glutamato y el GABA son señales de aminoácidos sintetizadas y almacenadas en vesículas por las neuronas y liberadas por exocitosis. Otro neurotransmisor, la dopamina, se deriva de la tirosina.

Los iones, particularmente el calcio, controlan procesos celulares críticos como la contracción muscular, la transcripción de genes y la apoptosis. Pueden estar involucrados en la comunicación intracelular directa a través de uniones gap o pueden funcionar como segundos mensajeros en las vías de señalización intracelular. El óxido nítrico, una molécula de señalización gaseosa conocida por su papel en la relajación del músculo liso, se difunde directamente a través de la membrana plasmática. El medicamento nitroglicerina, que se usa para tratar enfermedades cardíacas, provoca la liberación de óxido nítrico. Esto hace que los vasos sanguíneos se dilaten y restablezca el flujo sanguíneo al corazón.