尽管保护膜将细胞与环境隔开，但细胞需要能够检测并响应环境变化。另外，细胞通常需要彼此通信。单细胞和多细胞生物使用各种细胞信号机制进行通信以响应环境。
细胞对许多类型的信息作出反应，通常是通过膜上的受体蛋白。例如，皮肤细胞对触摸信息作出反应并传输触摸信息，而视网膜中的光感受器可以检测到光。然而，大多数细胞已经进化到对化学信号作出反应，包括激素、神经递质和许多其它类型的信号分子。细胞甚至可以协调由同一个信号分子引起的不同反应。
通常，细胞信号传递包括三个步骤：（1）信号的接收，（2）信号传导，和（3）反应。在大多数信号接收中，膜不透性分子或配体引起膜受体的变化；然而，一些信号分子，如激素，可以穿过膜到达其内部受体。膜受体可以将这个信号发送给细胞内的信使，信使将信息转换成细胞反应。这种细胞内反应可能包括改变转录、翻译、蛋白质激活或许多其它。
像细菌这样的单细胞生物可以使用一种称为群体感应的细胞信号来检测它们在群体中的浓度并产生协调的反应。真核细胞可以释放配体，靶向产生信号的同一细胞（自分泌信号）或邻近细胞（旁分泌信号）。信号甚至可以像某些激素那样远距离发送，并在遥远的细胞中产生反应，称为内分泌信号。接触依赖信号描述了相邻细胞之间产生的物理通路，细胞质信号可以通过这些通路快速传递。神经系统细胞可以通过一种叫做突触信号的特殊的细胞信号产生快速反应。
