למרות קרום ההגנה המפריד בין התא לסביבה, תאים זקוקים ליכולת לזהות שינויים סביבתיים ולהגיב להם. בנוסף, תאים צריכים לעתים קרובות לתקשר זה עם זה. אורגניזמים חד-תאיים ורב-תאיים משתמשים במגוון מנגנוני איתות תאיים כדי לתקשר עם הסביבה.

תאים מגיבים לסוגים רבים של מידע, לעתים קרובות באמצעות חלבוני קולטן הממוקמים על הממברנה. לדוגמה, תאי העור מגיבים למידע מגע ומעבירים אותו, בעוד שקולטני אור ברשתית יכולים לזהות אור. עם זאת, רוב התאים התפתחו להגיב לאותות כימיים, כולל הורמונים, מוליכים עצביים וסוגים רבים אחרים של מולקולות איתות. תאים יכולים אפילו לתאם תגובות שונות המתעוררות על ידי אותה מולקולת איתות.

בדרך כלל, איתות תאי כולל שלושה שלבים: (1) קליטה, (2) התמרה ו-(3) תגובה. ברוב קליטת האותות, מולקולה אטומה לקרום, או ליגנד, גורמת לשינוי בקולטן הממברנה; עם זאת, מולקולות איתות מסוימות, כגון הורמונים, יכולות לחצות את הממברנה כדי להגיע לקולטנים הפנימיים שלהן. קולטן הממברנה יכול לשלוח את האות הזה לשליחים תוך-תאיים, ולהמיר את המסר לתגובה תאית. תגובה תוך-תאית זו עשויה לכלול שינויים בשעתוק, תרגום, הפעלת חלבונים ותגובות אחרות.

אורגניזמים חד-תאיים כמו חיידקים יכולים להשתמש בסוג של איתות תאי שנקרא חישת מניין כדי לזהות את ריכוזם במושבה וליצור תגובות מתואמות. תאים אאוקריוטים יכולים לשחרר ליגנדות המכוונות לאותו תא שהפיק את האות (איתות אוטוקריני) או לתאים שכנים (איתות פרקריני). אותות יכולים אפילו להישלח למרחקים ארוכים, כמו במקרה של הורמונים מסוימים, ולייצר תגובות בתאים מרוחקים, הנקראות איתות אנדוקריני. איתות תלוי מגע מתאר מסלולים פיזיים הנוצרים בין תאים שכנים שדרכם אותות ציטופלזמיים יכולים לעבור במהירות. תאי מערכת העצבים יכולים לייצר תגובות מהירות באמצעות התמחות של איתות תאי הנקראת איתות סינפטי.