Ligand je molekula za pokretanje signala koja se uklapa u specifična mjesta receptora proteina koja se nalaze na staničnim stijenkama u tijelu živih organizama. Kada se ligand uklopi u svoje specifično proteinsko mjesto, to uzrokuje promjenu fizičkog oblika proteina. Ova promjena u obliku proteina receptora može tada aktivirati ili inhibirati drugi biološki mehanizam povezan s tom specifičnom interakcijom. Način na koji se ligand i protein uklapaju zajedno i njihov rezultirajući produkt naziva se interakcija protein-ligand.
Interakcije protein-ligand su vrlo komplicirane. Sve molekule zajedno drže snažne elektronske sile koje ih okružuju u njihovoj trodimenzionalnoj konfiguraciji u prostoru. Ove sile mogu odbijati ili privlačiti druge molekule, ovisno o njihovoj elektroničkoj strukturi. Biološke molekule često djeluju poput magneta ili sličnih ili suprotnih naboja, odbijajući se ili privlačeći jedna drugu.
Osim toga, stvarna fizička konfiguracija bioloških molekula utječe na to hoće li se spojiti i koliko precizno pristajanje mora biti. Neke su biološke molekule fleksibilne i savijat će se u svom okruženju, a druge su čvršće. Svaki receptor također ima aktivno mjesto, što je specifično mjesto koje pokreće biološku promjenu. Položaj ovog aktivnog mjesta važan je u određivanju vjerojatnosti da će se aktivirati. Ligandi i proteini su u interakciji dok lebde po površini stanica u tijelu, tako da prianjanje neće uvijek biti ravno, kao što se ključ uklapa u bravu.
Razumijevanje interakcija protein-ligand ključno je za stvaranje novih terapijskih lijekova za liječenje bolesti, kao i za razumijevanje bioloških uzroka same bolesti. Za istraživača zainteresiranog za interakcije ligand-protein za razvoj lijeka, moraju se uzeti u obzir dodatni čimbenici. Neka takva razmatranja uključuju proučavanje koliko će novi lijek biti učinkovit u vezivanju na receptorski protein od interesa, potencijalne nuspojave i mehanizam kojim će tijelo razgraditi lijek.
Dostupne su brojne kemijske i računalne metode za proučavanje ovih interakcija, a sve se temelje na pronalaženju komplementarnog oblika liganda i naboja receptora koje istraživač želi modificirati u ponašanju. Računalno potpomognuti programi dizajna obično se koriste za proučavanje interakcija protein-ligand i razvoj novih lijekova za liječenje ljudskih bolesti. To je moguće jer su mnoga fizikalna i kemijska svojstva molekula dobro poznata, poput njihove elektronske strukture.