Ligandi su manje molekule koje pokreću signal i koje se mogu spojiti s većom molekulom, zvanom supstrat, kako bi izvršile neku vrstu biološkog učinka. Proces kojim se ove dvije vrste molekula spajaju naziva se vezanjem liganda, što je vitalni proces kojim hormoni, neurotransmiteri i lijekovi utječu na stanice. Ligand može biti napravljen od strane organizma ili ga može napraviti čovjek, ali supstrat je uvijek biomolekula ili molekula koju proizvodi organizam. Obično je supstrat ciljni protein, koji sadrži specifična mjesta za vezanje određenih liganada.
Intermolekularne sile, ili slabije veze koje se stvaraju između molekula, osiguravaju sredstva za vezanje liganda. Vodikove veze, ionske veze i Van der Waalove sile koriste se za olakšavanje veze ligand-supstrat. Relativna slabost ovih veza omogućuje im da budu reverzibilne, te da se ligand i supstrat odvoje jedan od drugog, nepromijenjeni, nakon vezivanja. U rijetkim slučajevima dolazi do kovalentnog povezivanja, gdje se ligand i supstrat nakon toga ne disociraju.
Afinitet je izraz koji se koristi za opisivanje snage veze između liganda i supstrata. Ligandi visokog afiniteta korisni su za induciranje promjena u supstratima, budući da im snaga vezanja omogućuje da dulje ostanu na mjestu. Određeni ciljni proteini, poput staničnih receptora sa spojenim ionskim kanalima koji se aktiviraju vezanjem, bi stoga bili učinkovitije vezani ligandom s visokim afinitetom.
Vezanje liganda može imati nekoliko učinaka na ciljni protein, a klasificiraju se ovisno o strukturnim promjenama koje se događaju nakon vezanja. Pojam agonist odnosi se na ligand koji se veže na receptorsko mjesto na proteinu i uzrokuje fizički odgovor. Djelomični agonisti se vežu na mjesto receptora, ali su sposobni samo uzrokovati djelomični ili nepotpuni odgovor. Antagonisti se također vežu na receptore, ali uopće ne izazivaju odgovor. Ovi pojmovi se odnose na učinkovitost vezanja liganda, ili sposobnost molekule da izazove odgovor kada je vezana.
Zbog ograničenih receptorskih mjesta u području, vezanje liganda postaje kompetitivno kada je prisutno više od jednog od ovih spojeva. Spoj s većim afinitetom obično će se vezati na supstrate u višim koncentracijama nego onaj s nižim afinitetom. Međutim, ligandi se stalno vežu i odvajaju od receptora, što znači da će u svakom trenutku postojati manja koncentracija liganada nižeg afiniteta vezanih na receptore. I afinitet i djelotvornost liganada određuju kako će supstrati reagirati u njihovoj prisutnosti.