Ligandit ovat pienempiä signaalia laukaisevia molekyylejä, jotka voivat liittyä suurempaan molekyyliin, jota kutsutaan substraatiksi, tuottaakseen jonkinlaista biologista vaikutusta. Prosessia, jolla nämä kahden tyyppiset molekyylit tulevat yhteen, kutsutaan ligandin sitomiseksi, mikä on tärkeä prosessi, jossa hormonit, välittäjäaineet ja lääkkeet vaikuttavat soluihin. Ligandin voi valmistaa organismi tai ihmisen tekemä, mutta substraatti on aina biomolekyyli tai organismin tuottama molekyyli. Yleensä substraatti on kohdeproteiini, joka sisältää tiettyjä kohtia tiettyjen ligandien sitomiseksi.
Molekyylien väliset voimat tai molekyylien väliin muodostuneet heikommat sidokset muodostavat keinot ligandin sitoutumiseen. Vety-, ionisidoksia ja Van der Waalin voimia käytetään kaikki ligandi-substraattisidoksen helpottamiseen. Näiden sidosten suhteellinen heikkous mahdollistaa niiden palautumisen ja ligandin ja substraatin irtoamisen toisistaan muuttumattomina sitoutumisen jälkeen. Harvoissa tapauksissa esiintyy kovalenttinen sidos, jossa ligandi ja substraatti eivät hajoa myöhemmin.
Affiniteetti on termi, jota käytetään kuvaamaan ligandin ja substraatin välistä sidoksen lujuutta. Korkean affiniteetin ligandit ovat hyödyllisiä indusoimaan muutoksia substraateissa, koska niiden sitoutumislujuus sallii niiden pysyä paikallaan pidempään. Tietyt kohdeproteiinit, kuten solureseptorit, joissa on kytkeytyneitä ionikanavia sitoutumalla, sitoutuvat siksi tehokkaammin ligandilla, jolla on suuri affiniteetti.
Ligandin sitoutumisella voi olla useita vaikutuksia kohdeproteiiniin, ja ne luokitellaan sitoutumisen jälkeen tapahtuvien rakenteellisten muutosten mukaan. Termi agonisti viittaa ligandiin, joka sitoutuu proteiinin reseptorikohtaan ja aiheuttaa fyysisen vasteen. Osittaiset agonistit sitoutuvat reseptorikohtaan, mutta kykenevät aiheuttamaan vain osittaisen tai epätäydellisen vasteen. Antagonistit sitoutuvat myös reseptoreihin, mutta eivät aiheuta vastetta lainkaan. Nämä termit viittaavat ligandin sitoutumistehokkuuteen tai molekyylin kykyyn aiheuttaa vaste sitoutuessaan.
Alueen rajallisten reseptorikohtien vuoksi ligandin sitoutumisesta tulee kilpailukykyinen, kun läsnä on useampi kuin yksi näistä yhdisteistä. Yhdiste, jolla on suurempi affiniteetti, sitoutuu yleensä substraatteihin korkeammina pitoisuuksina kuin sellainen, jolla on pienempi affiniteetti. Ligandit sitovat ja dissosioituvat jatkuvasti reseptoreista, mikä tarkoittaa, että reseptoreihin sitoutuneita alemman affiniteetin ligandeja on pienempi pitoisuus milloin tahansa. Sekä ligandien affiniteetti että tehokkuus määräävät, kuinka substraatit reagoivat niiden läsnä ollessa.