Ligandi ir mazākas signālu iedarbināšanas molekulas, kas var savienoties ar lielāku molekulu, ko sauc par substrātu, lai radītu sava veida bioloģisku efektu. Procesu, kurā šie divu veidu molekulas apvienojas, sauc par ligandu saistīšanos, kas ir būtisks process, kurā hormoni, neirotransmiteri un zāles ietekmē šūnas. Ligandu var izveidot organisms vai cilvēka radīts, bet substrāts vienmēr ir biomolekula vai molekula, ko ražo organisms. Parasti substrāts ir mērķa proteīns, kas satur noteiktas vietas noteiktu ligandu saistīšanai.
Starpmolekulārie spēki vai vājākas saites, kas veidojas starp molekulām, nodrošina līdzekļus ligandu saistīšanai. Ūdeņraža saites, jonu saites un Van der Vāla spēki tiek izmantoti, lai atvieglotu ligandu-substrāta saiti. Šo saišu relatīvais vājums ļauj tām būt atgriezeniskām, un ligandam un substrātam pēc savienošanas nemainītā veidā atdalīties viens no otra. Retos gadījumos notiek kovalentā saite, kur ligands un substrāts pēc tam nedalās.
Afinitāte ir termins, ko lieto, lai aprakstītu saites stiprumu starp ligandu un substrātu. Augstas afinitātes ligandi ir noderīgi substrātu izmaiņu izraisīšanai, jo to saistīšanās spēks ļauj tiem ilgāk palikt vietā. Tāpēc noteiktus mērķa proteīnus, piemēram, šūnu receptorus ar saistītiem jonu kanāliem, kas aktivizēti saistīšanās rezultātā, efektīvāk saistītu ligands ar augstu afinitāti.
Ligandu saistīšanai var būt vairākas ietekmes uz mērķa proteīnu, un tās tiek klasificētas atkarībā no strukturālajām izmaiņām, kas notiek pēc saistīšanās. Termins agonists attiecas uz ligandu, kas saistās ar proteīna receptoru vietu un izraisa fizisku reakciju. Daļēji agonisti saistās ar receptoru vietu, bet spēj izraisīt tikai daļēju vai nepilnīgu reakciju. Antagonisti saistās arī ar receptoriem, bet neizraisa reakciju vispār. Šie termini attiecas uz ligandu saistīšanas efektivitāti vai molekulas spēju izraisīt reakciju, kad tā ir saistīta.
Tā kā apgabalā ir ierobežotas receptoru vietas, ligandu saistīšanās kļūst konkurētspējīga, ja ir vairāk nekā viens no šiem savienojumiem. Savienojums ar augstāku afinitāti parasti saistās ar substrātiem lielākā koncentrācijā nekā tas, kuram ir zemāka afinitāte. Tomēr ligandi nepārtraukti saistās un disociējas no receptoriem, kas nozīmē, ka jebkurā brīdī būs mazāka mazākas afinitātes ligandu koncentrācija, kas saistīti ar receptoriem. Gan ligandu afinitāte, gan efektivitāte nosaka, kā substrāti reaģēs to klātbūtnē.