Viele Arten von Ionenkanälen reagieren eher auf chemische Signale (Liganden) als auf Änderungen des Membranpotentials (Abbildung 4.4E-G). Der wichtigste dieser ligandengesteuerten Ionenkanäle im Nervensystem ist die Klasse, die durch die Bindung von Neurotransmittern aktiviert wird (Abbildung 4.4E). Diese Kanäle sind für die synaptische Übertragung und andere Formen von Zell-Zell-Signalisierungsphänomenen, die in den Kapiteln 5-8 behandelt werden, von wesentlicher Bedeutung. Während die spannungsgesteuerten Ionenkanäle, die dem Aktionspotenzial zugrunde liegen, in der Regel nur eine Art von Ionen durchlassen, sind Kanäle, die durch extrazelluläre Liganden aktiviert werden, in der Regel weniger selektiv und lassen zwei oder mehr Arten von Ionen durch die Kanalpore passieren.
Andere ligandengesteuerte Kanäle reagieren auf chemische Signale aus dem Zytoplasma der Neuronen (siehe Kapitel 8). Diese Kanäle haben ligandenbindende Domänen auf ihrer intrazellulären Oberfläche, die mit Botenstoffen wie Ca2+ (Abbildung 4.4F) und den zyklischen Nukleotiden cAMP und cGMP (Abbildung 4.4G) wechselwirken. Solche Kanäle können selektiv für bestimmte Ionen wie K+ oder Cl- sein oder für alle physiologischen Kationen durchlässig sein. Die Hauptfunktion dieser Kanäle besteht darin, intrazelluläre chemische Signale in elektrische Informationen umzuwandeln. Dieser Prozess ist besonders wichtig bei der sensorischen Transduktion, wo Kanäle, die durch zyklische Nukleotide gesteuert werden, Gerüche und Licht in elektrische Signale umwandeln. Einige intrazellulär aktivierte Ionenkanäle befinden sich in der Zelloberflächenmembran, andere wiederum in intrazellulären Membranen wie dem endoplasmatischen Retikulum. Die letztgenannten Kanäle sind selektiv für Ca2+ durchlässig und regulieren die Freisetzung von Ca2+ aus dem Lumen des endoplasmatischen Retikulums in das Zytoplasma. Das freigesetzte Ca2+ kann dann ein Spektrum von zellulären Reaktionen auslösen.