Çok hücreli organizmalarda, birçok molekül bilgi iletmek için hücreler arasında sinyaller iletir. Bu sinyaller karmaşıklık bakımından farklılık gösterir ve küçük peptitleri, nükleotidleri, steroidleri, yağ asidi türevlerini ve nitrik oksit gibi çözünmüş gazları içerir. Bazı sinyal molekülleri, komşu hücreler arasında yerel olarak hareket etmek veya uzun mesafeler kat etmek için plazma zarından yayılır. Diğerleri hücre yüzeyine bağlı kalır ve diğer hücrelere yalnızca temas ettiklerinde bilgi iletir. Bazı durumlarda, transmembran sinyal proteinlerinin hücre dışı alanlarını serbest bırakmak için proteolitik bölünme gibi özel işlemler gerekebilir. Örneğin, peptit ve protein sinyalleri, kaba endoplazmik retikulumda inaktif pre-pro-peptitler olarak sentezlenir, enzimatik bölünme ile pro-peptitlere dönüştürülür ve ekzositoza yönelik taşıma veziküllerinde enzimatik olarak aktive edilmeden önce Golgi cihazında daha fazla işlenir.

Plazma zarının polar olmayan bölgesinden geçemeyen suda çözünür veya hidrofilik sinyaller veya zardan geçemeyecek kadar büyük moleküller, hücre yüzeyi reseptörlerinin hücre dışı alanını bağlar. Hücre yüzeyi reseptörünü bağlayan molekül grubu çeşitlidir. Esas olarak modifiye edilmemiş, bir türev haline getirilmiş veya peptitlere ve proteinlere dahil edilmiş amino asitlerden oluşurlar. Örneğin, glutamat ve GABA gibi nörotransmiterler, nöronlar tarafından veziküllerde sentezlenen ve depolanan ve ekzositoz ile salınan amino asit sinyalleridir. Başka bir nörotransmitter olan dopamin, tirozinden türetilir.

İyonlar, özellikle kalsiyum, kas kasılması, gen transkripsiyonu ve apoptoz gibi kritik hücresel süreçleri kontrol eder. Boşluk bağlantıları yoluyla doğrudan hücre içi iletişimde yer alabilirler veya hücre içi sinyal yollarında ikinci haberciler olarak işlev görebilirler. Düz kas gevşemesindeki rolü ile bilinen gaz halinde bir sinyal molekülü olan nitrik oksit, doğrudan plazma zarı boyunca yayılır. Kalp hastalığını tedavi etmek için kullanılan nitrogliserin ilacı, nitrik oksit salınımına neden olur. Bu, kan damarlarının genişlemesine neden olur ve kalbe giden kan akışını geri yükler.