Um richtig zu funktionieren und gesund zu bleiben, müssen Zellen bestimmte Nährstoffe und andere Stoffe aufnehmen. Viele der für die Zellgesundheit notwendigen Moleküle, darunter Proteine und andere Nährstoffe, sind zu groß, um die Zellmembran zu passieren, sodass die Zelle auf einen Prozess namens Endozytose angewiesen ist, um diese Substanzen zu absorbieren. Die Endozytose ermöglicht es der Zelle, lebenswichtige Moleküle mit ihrer Zellmembran zu umgeben und sie so in den Zellkörper aufzunehmen.
Bei der Endozytose umgibt ein Teil der Zellmembran die aufzunehmende Substanz und bildet eine Tasche, die in das Zellinnere hineinragt. Diese Membran schließt sich dann um die Substanz herum und erzeugt ein Vesikel, das als Endosom oder Phagosom bezeichnet wird und dann in das Zytoplasma der Zelle wandert. Das Endosom liefert seinen Inhalt an eine andere Struktur innerhalb der Zelle, die als Lysosom bezeichnet wird. Endosomen und Lysosomen verschmelzen miteinander, wodurch ein Verdauungsprozess innerhalb des Lysosoms ablaufen kann. Ein ähnlicher Prozess, der als Exozytose bezeichnet wird, läuft umgekehrt ab, um Substanzen aus dem Inneren der Zelle auszuscheiden.
Je nach Art der aufgenommenen Substanz kann die Endozytose mit unterschiedlichen Begriffen bezeichnet werden. Die Phagozytose beinhaltet die Zellabsorption eines festen Materials, und bei der Pinocytose absorbiert die Zelle eine Flüssigkeit. Auch die Makropinozytose nimmt Flüssigkeit auf, bringt aber oft auch gleichzeitig festes Material ein. Viele Viren nutzen die Makropinozytose, um in Zellen einzudringen. Viren stimulieren die Zelle, extrazelluläre Flüssigkeiten zu absorbieren, und wandern dann zusammen mit der Flüssigkeit in die Zelle.
Die Clathrin-vermittelte Endozytose verwendet spezialisierte Rezeptoren, um spezifische Materialien wie Lipoproteine und Antikörper anzuziehen und zu absorbieren. Bei der Clathrin-vermittelten Endozytose bildet die Zelle eine Grube oder Caveolae auf der äußeren Membran. Diese Grube ist mit Rezeptoren beschichtet. Wenn die Grube mit den Lipoproteinen oder anderen Molekülen gefüllt wird, die an die vorhandenen Rezeptoren anheften sollen, bildet der mit Vertiefungen versehene Bereich ein Vesikel und wird in die Zelle aufgenommen. Die meisten Zellen haben Caveolae auf ihren Membranoberflächen, aber einige, vor allem Neuronen oder Nervenzellen, haben keine.
Die Endozytose dient auch als Abwehrmechanismus gegen Bakterien, indem sie Bakterien in die Zelle aufnimmt und sie dann im Liposom zerstört. Bakterien wie Salmonellen schließen diesen Prozess ab, indem sie ein Protein produzieren, das es dem Phagosom unmöglich macht, mit dem Liposom zu verschmelzen. Tuberkulose breitet sich in ähnlicher Weise durch Zellen aus. Unter normalen Bedingungen ist das Phagosom mit Tryptophan-Aspartat-haltigem Protein beschichtet, das bei der Verschmelzung von Phagosom und Lysosom entfernt wird. Das Tuberkulose-Bakterium verhindert, dass das Hüllprotein entfernt wird, sodass das Phagosom nicht mit dem Lysosom verschmelzen kann.