Niezależnie od tego, czy wykrywa neuroprzekaźnik w synapsie, czy foton w siatkówce, układ nerwowy opiera się na wyspecjalizowanych białkach, które wiążą się z określonymi bodźcami lub na nie reagują. Białka te to receptory. Wiązanie lub aktywacja wyzwala zmiany konformacyjne, które otwierają kanały jonowe lub inicjują wewnątrzkomórkowe kaskady sygnałowe.

Receptory jonotropowe same w sobie są kanałami i wytwarzają szybkie efekty elektryczne. Receptory metabotropowe łączą się z białkami G, generując wolniejszą, trwalszą modulację. Receptory sensoryczne na obwodzie przekształcają energię mechaniczną, chemiczną, termiczną lub elektromagnetyczną w sygnały neuronalne. Różnorodność podtypów receptorów pozwala temu samemu przekaźnikowi wywoływać różne efekty w różnych komórkach lub w różnym czasie.

Farmakologia to w dużej mierze nauka o interakcjach receptorów: agoniści aktywują, antagoniści blokują, a modulatory allosteryczne dostrajają reakcje. Zmienność genetyczna receptorów wpływa na wrażliwość na leki i ryzyko chorób. Mapowanie rozmieszczenia receptorów w mózgu jest ważnym osiągnięciem neuronauki molekularnej.

• Białko wykrywające bodźce chemiczne lub fizyczne
• Może być jonotropowy lub metabotropowy
• Przekształca sygnały w odpowiedzi komórkowe
• Główny cel większości leków neuroaktywnych