여러 세포 신호는 친수성(hydrophilic)이므로 원형질막(plasma membrane)을 통과할 수 없습니다. 그러나, 작고 소수성(hydrophobic)인 신호 분자는 원형질막의 소수성 중심을 가로질러 세포 내에 존재하는 내부 수용체(internal receptor), 즉 세포 내 수용체(intracellular receptor)와 결합할 수 있습니다. 산화질소(nitric oxide; NO) 가스와 여러 포유류 스테로이드 호르몬은 이 세포 신호전달(cell signaling) 기작을 사용합니다.
막결합 수용체(membrane bound receptor)와 유사하게, 리간드(ligand)가 세포질(cytoplasm)이나 핵에 위치한 수용체에 결합하면 수용체에 형태적인 변화(conformational change)를 일으킵니다. 전사 인자(transcription factor)와 마찬가지로, 활성화한 수용체는 표적 유전자의 전사(transcription)를 증가시키거나 감소시키기 위해 수용체 특이 DNA 결합 부위(receptor-specific DNA binding site)에 결합할 수 있습니다. 세포질에 위치한 세포 내 수용체의 경우, 리간드-수용체 복합체가 먼저 핵막을 통과해야 합니다.
에스트로겐(estrogen; 에스트로젠)과 테스토스테론(testosterone) 같은 여러 스테로이드 호르몬은 특정한 효과를 유도하기 위해 세포 내 수용체를 사용합니다. 한 예로, 에스트로겐은 세포막을 가로질러 확산할 수 있습니다. 에스트로겐은 수용체와 결합해 수용체와 리간드를 이합체화(dimerization)하고, 리간드-수용체 복합체는 핵으로 운반됩니다. 복합체는 핵에 들어가서 에스트로겐 반응요소(Estrogen Response Element, 줄여서 ERE)라고 불리는 DNA 서열과 결합할 수 있습니다. 활성화한 복합체와 ERE의 결합은 다른 전사 인자와 보조활성인자(co-activator)에 따라 표적 유전자의 전사 증가 또는 감소를 일으킬 수 있습니다.
일부 갑상선호르몬 수용체(thyroid hormone receptor; 갑상샘호르몬 수용체)를 포함한 다른 세포 내 수용체의 활성화는 해당 수용체가 핵에 상주하기 때문에 리간드가 원형질막과 핵막 양쪽을 가로질러야합니다. 이 유형의 리간드-수용체 복합체는 위에서 설명한 기작과 유사하게 DNA와 결합할 수 있습니다.
