Vele typen ionkanalen reageren op chemische signalen (liganden) in plaats van op veranderingen in de membraanpotentiaal (figuur 4.4E-G). De belangrijkste van deze ligand-gated ionkanalen in het zenuwstelsel is de klasse die geactiveerd wordt door binding van neurotransmitters (figuur 4.4E). Deze kanalen zijn essentieel voor de synaptische transmissie en andere vormen van cel-celsignaleringsverschijnselen die in de hoofdstukken 5-8 worden besproken. Terwijl de spanningsafhankelijke ionenkanalen die aan de basis liggen van de actiepotentiaal doorgaans slechts één type ion doorlaten, zijn kanalen die worden geactiveerd door extracellulaire liganden gewoonlijk minder selectief en laten twee of meer typen ionen door de kanaalporie.
Andere ligand-gated kanalen zijn gevoelig voor chemische signalen vanuit het cytoplasma van neuronen (zie hoofdstuk 8). Deze kanalen hebben ligand-bindende domeinen op hun intracellulaire oppervlak die interageren met tweede boodschappers zoals Ca2+ (figuur 4.4F) en de cyclische nucleotiden cAMP en cGMP (figuur 4.4G). Dergelijke kanalen kunnen selectief zijn voor specifieke ionen zoals K+ of Cl-, of kunnen doorlaatbaar zijn voor alle fysiologische kationen. De belangrijkste functie van deze kanalen is het omzetten van intracellulaire chemische signalen in elektrische informatie. Dit proces is bijzonder belangrijk bij sensorische transductie, waar door cyclische nucleotiden geactiveerde kanalen geuren en licht omzetten in elektrische signalen. Sommige intracellulair geactiveerde ionenkanalen bevinden zich in het celoppervlakmembraan, maar andere bevinden zich in intracellulaire membranen zoals het endoplasmatisch reticulum. Deze laatste kanalen zijn selectief doorlaatbaar voor Ca2+ en regelen de afgifte van Ca2+ uit het lumen van het endoplasmatisch reticulum aan het cytoplasma. Het vrijkomende Ca2+ kan vervolgens een spectrum van cellulaire reacties teweegbrengen.