Dù là phát hiện chất dẫn truyền thần kinh trong khớp thần kinh hay photon trong võng mạc, hệ thần kinh đều dựa vào các protein chuyên biệt liên kết hoặc phản ứng với các kích thích cụ thể. Những protein này được gọi là thụ thể. Sự liên kết hoặc kích hoạt sẽ gây ra những thay đổi về cấu trúc, mở các kênh ion hoặc khởi phát các chuỗi tín hiệu nội bào.

Các thụ thể ionotropic bản thân chúng là các kênh và tạo ra các hiệu ứng điện nhanh chóng. Các thụ thể metabotropic liên kết với protein G và tạo ra sự điều biến chậm hơn, kéo dài hơn. Các thụ thể cảm giác ở ngoại vi chuyển đổi năng lượng cơ học, hóa học, nhiệt hoặc điện từ thành tín hiệu thần kinh. Sự đa dạng của các loại thụ thể cho phép cùng một chất dẫn truyền thần kinh tạo ra các hiệu ứng khác nhau trong các tế bào khác nhau hoặc vào các thời điểm khác nhau.

Dược lý học chủ yếu là khoa học về tương tác thụ thể: chất chủ vận kích hoạt, chất đối kháng ngăn chặn, và chất điều biến dị lập thể điều chỉnh phản ứng. Sự biến dị di truyền trong thụ thể ảnh hưởng đến độ nhạy cảm với thuốc và nguy cơ mắc bệnh. Việc lập bản đồ phân bố thụ thể khắp não bộ là một thành tựu lớn của khoa học thần kinh phân tử.

• Protein có chức năng phát hiện các kích thích hóa học hoặc vật lý.
• Có thể là ionotropic hoặc metabotropic
• Chuyển đổi tín hiệu thành phản ứng tế bào
• Mục tiêu chính của hầu hết các loại thuốc tác động lên hệ thần kinh