Bir hücreyi çevreden ayıran koruyucu zara rağmen, hücrelerin çevresel değişiklikleri algılama ve bunlara yanıt verme yeteneğine ihtiyacı vardır. Ek olarak, hücrelerin genellikle birbirleriyle iletişim kurması gerekir. Tek hücreli ve çok hücreli organizmalar, çevre ile iletişim kurmak için çeşitli hücre sinyal mekanizmaları kullanır.

Hücreler, genellikle zar üzerine yerleştirilmiş reseptör proteinleri aracılığıyla birçok bilgi türüne yanıt verir. Örneğin, cilt hücreleri dokunma bilgisine yanıt verir ve iletirken, retinadaki fotoreseptörler ışığı algılayabilir. Bununla birlikte, çoğu hücre, hormonlar, nörotransmiterler ve diğer birçok sinyal molekülü türü dahil olmak üzere kimyasal sinyallere yanıt verecek şekilde evrimleşmiştir. Hücreler, aynı sinyal molekülü tarafından ortaya çıkan farklı tepkileri bile koordine edebilir.

Tipik olarak, hücre sinyalizasyonu üç adımdan oluşur: (1) alım, (2) iletim ve (3) yanıt. Çoğu sinyal alımında, zar geçirimsiz bir molekül veya ligand, bir zar reseptöründe bir değişikliğe neden olur; Bununla birlikte, hormonlar gibi bazı sinyal molekülleri, iç reseptörlerine ulaşmak için zarı geçebilir. Membran reseptörü daha sonra bu sinyali hücre içi habercilere gönderebilir ve mesajı hücresel bir yanıta dönüştürebilir. Bu hücre içi yanıt, transkripsiyon, translasyon, protein aktivasyonu ve diğer yanıtlardaki değişiklikleri içerebilir.

Bakteriler gibi tek hücreli organizmalar, bir kolonideki konsantrasyonlarını tespit etmek ve koordineli yanıtlar oluşturmak için çekirdek algılama adı verilen bir tür hücre sinyali kullanabilir. Ökaryotik hücreler, sinyali üreten aynı hücreyi (otokrin sinyalleme) veya komşu hücreleri (parakrin sinyalleme) hedef alan ligandları serbest bırakabilir. Sinyaller, bazı hormonlarda olduğu gibi uzun mesafelerde bile gönderilebilir ve uzak hücrelerde endokrin sinyalleme adı verilen yanıtlar üretebilir. Temasa bağlı sinyalleme, sitoplazmik sinyallerin hızla geçebileceği komşu hücreler arasında oluşturulan fiziksel yolları tanımlar. Sinir sistemi hücreleri, sinaptik sinyalleme adı verilen bir hücre sinyalizasyonu özelleşmesi yoluyla hızlı tepkiler üretebilir.