Os ligandos são moléculas menores de ativação de sinal que podem se unir a uma molécula maior, chamada substrato, para exercer algum tipo de efeito biológico. O processo pelo qual esses dois tipos de moléculas se unem é chamado de ligação a ligantes, que é um processo vital pelo qual hormônios, neurotransmissores e drogas afetam as células. Um ligante pode ser produzido por um organismo ou produzido pelo homem, mas um substrato é sempre uma biomolécula ou molécula produzida por um organismo. Geralmente, o substrato é uma proteína alvo, contendo locais específicos para ligar certos ligantes.
Forças intermoleculares, ou ligações mais fracas formadas entre moléculas, fornecem os meios para que a ligação ao ligante ocorra. Ligações de hidrogênio, ligações iônicas e forças de Van der Waal são usadas para facilitar a ligação ligante-substrato. A fraqueza relativa dessas ligações permite que sejam reversíveis e que o ligante e o substrato se dissociem um do outro, inalterados, após a ligação. Em raras ocasiões, ocorre uma ligação covalente, onde o ligante e o substrato não se dissociam posteriormente.
Afinidade é um termo usado para descrever a força de ligação entre o ligante e o substrato. Os ligantes de alta afinidade são úteis para induzir alterações nos substratos, pois sua força de ligação permite que eles permaneçam no local por mais tempo. Certas proteínas alvo, como receptores celulares com canais de íons acoplados ativados por ligação, seriam, portanto, mais efetivamente ligados por um ligante com alta afinidade.
A ligação ao ligante pode ter vários efeitos sobre a proteína alvo e é classificada dependendo das alterações estruturais que ocorrem após a ligação. O termo agonista refere-se a um ligante que se liga a um local receptor na proteína e causa uma resposta física. Agonistas parciais se ligam ao local do receptor, mas são capazes apenas de causar uma resposta parcial ou incompleta. Os antagonistas também se ligam aos receptores, mas não causam nenhuma resposta. Esses termos se referem à eficácia de ligação ao ligante ou à capacidade de uma molécula de causar uma resposta quando ligada.
Devido aos locais receptores limitados em uma área, a ligação ao ligante se torna competitiva quando mais de um desses compostos está presente. O composto com maior afinidade geralmente se liga a substratos em concentrações mais altas do que um com menor afinidade. Os ligantes estão constantemente se ligando e se dissociando dos receptores, no entanto, significando que haverá uma menor concentração de ligantes de menor afinidade ligados aos receptores a qualquer momento. Tanto a afinidade quanto a eficácia dos ligantes determinam como os substratos responderão em sua presença.