다세포 유기체에서는 많은 분자가 세포 간에 신호를 전달하여 정보를 전달합니다. 이러한 신호는 복잡성이 다양하며 작은 펩타이드, 뉴클레오티드, 스테로이드, 지방산 유도체 및 산화질소와 같은 용존 가스를 포함합니다. 일부 신호 분자는 원형질막을 통해 확산되어 인접 세포 사이에 국소적으로 작용하거나 장거리를 이동합니다. 다른 세포들은 세포 표면에 붙어 있다가, 접촉할 때만 다른 세포로 정보를 전달한다. 일부 경우에는 단백질 분해 분열과 같은 특수 처리가 막관통 신호 단백질의 세포외 도메인을 방출하기 위해 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 펩타이드 및 단백질 신호는 거친 소포체에서 비활성 pre-pro-peptide로 합성되고, 효소 절단에 의해 pro-peptide로 전환되며, exocytosis로 향하는 수송 소포에서 효소로 활성화되기 전에 Golgi 장치에서 추가로 처리됩니다.

원형질막의 비극성 영역을 통과할 수 없는 수용성 또는 친수성 신호 또는 너무 커서 원형질막을 통과할 수 없는 분자는 세포 표면 수용체의 세포외 도메인과 결합합니다. 세포 표면 수용체를 결합하는 분자 그룹은 다양합니다. 이들은 주로 변형되지 않거나, 유도체로 변형되거나, 펩타이드 및 단백질에 통합될 수 있는 아미노산으로 구성됩니다. 예를 들어, 글루타메이트 및 GABA와 같은 신경 전달 물질은 뉴런에 의해 합성되어 소포에 저장되고 엑소사이토시스에 의해 방출되는 아미노산 신호입니다. 또 다른 신경 전달 물질인 도파민은 티로신에서 파생됩니다.

이온, 특히 칼슘은 근육 수축, 유전자 전사 및 세포사멸과 같은 중요한 세포 과정을 제어합니다. 이들은 간극연접(gap junction)을 통해 세포 내 직접 통신에 관여하거나 세포 내 신호 전달 경로에서 두 번째 전달자로 기능할 수 있습니다. 평활근 이완에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 기체 신호 분자인 산화질소는 원형질막을 가로질러 직접 확산됩니다. 심장 질환 치료에 사용되는 니트로글리세린이라는 약물은 산화질소를 방출합니다. 이로 인해 혈관이 확장되고 심장으로 가는 혈류가 회복됩니다.