Ondanks het beschermende membraan dat een cel van de omgeving scheidt, moeten cellen in staat zijn om veranderingen in de omgeving te detecteren en erop te reageren. Bovendien moeten cellen vaak met elkaar communiceren. Eencellige en meercellige organismen gebruiken een verschillende celsignaleringsmechanismen om te communiceren en om op de omgeving te reageren.
Cellen reageren op veel soorten informatie, vaak via receptoreiwitten die zich op het membraan bevinden. Huidcellen reageren bijvoorbeeld op informatie over aanraking, terwijl fotoreceptoren in het netvlies licht kunnen detecteren. De meeste cellen zijn echter geëvolueerd om te reageren op chemische signalen, waaronder hormonen, neurotransmitters en vele andere soorten signaalmoleculen. Cellen kunnen zelfs verschillende reacties coördineren die door hetzelfde signaalmolecuul worden opgewekt.
Celsignalering verloopt in drie stappen: (1) ontvangst van het signaal, (2) signaaltransductie en (3) een reactie. Bij de meeste signalen die binnenkomen veroorzaakt een membraan-ondoordringbaar molecuul, of ligand, een verandering in een membraanreceptor; Sommige signaalmoleculen, zoals hormonen, kunnen het membraan echter doorkruisen om hun interne receptoren te bereiken. De membraanreceptor kan dit signaal vervolgens naar intracellulaire boodschappers sturen, die de boodschap omzetten in een cellulaire respons. Deze intracellulaire respons kan een verandering in transcriptie, translatie, eiwitactivering of vele andere processen omvatten.
Eencellige organismen zoals bacteriën kunnen een soort celsignalering gebruiken die quorumdetectie wordt genoemd om hun concentratie in een kolonie te detecteren en gecoördineerde reacties te genereren. Eukaryotische cellen kunnen liganden afgeven die zich richten op dezelfde cel die het signaal produceerde (autocriene signalering) of naburige cellen (paracriene signalering). Signalen kunnen zelfs over grote afstanden worden verzonden, zoals in het geval van sommige hormonen, en produceren reacties in vergelegen cellen, wat endocriene signalering wordt genoemd. Contactafhankelijke signalering beschrijft fysieke paden die zijn gecreëerd tussen naburige cellen waardoor cytoplasmische signalen snel kunnen passeren. Cellen in het zenuwstelsel kunnen snelle reacties genereren door een specialisatie van celsignalering, wat synaptische signalering wordt genoemd.
