Wiele typów kanałów jonowych odpowiada raczej na sygnały chemiczne (ligandy) niż na zmiany potencjału błonowego (Rysunek 4.4E-G). Najważniejszym z tych kanałów jonowych bramkowanych ligandami w układzie nerwowym jest klasa kanałów aktywowanych przez wiązanie neurotransmiterów (rysunek 4.4E). Kanały te są niezbędne do transmisji synaptycznej i innych form zjawisk sygnalizacji komórka-komórka, omówionych w rozdziałach 5-8. Podczas gdy napięciowo bramkowane kanały jonowe leżące u podstaw potencjału czynnościowego zwykle pozwalają na przenikanie tylko jednego rodzaju jonów, kanały aktywowane przez zewnątrzkomórkowe ligandy są zwykle mniej selektywne, pozwalając na przechodzenie przez pory kanału dwóch lub więcej rodzajów jonów.
Inne kanały bramkowane przez ligandy są wrażliwe na sygnały chemiczne z wnętrza cytoplazmy neuronów (patrz rozdział 8). Kanały te mają na swoich powierzchniach wewnątrzkomórkowych domeny wiążące ligandy, które oddziałują z drugimi przekaźnikami, takimi jak Ca2+ (rysunek 4.4F) oraz cyklicznymi nukleotydami cAMP i cGMP (rysunek 4.4G). Kanały takie mogą być selektywne dla specyficznych jonów, takich jak K+ lub Cl-, lub przepuszczalne dla wszystkich fizjologicznych kationów. Główną funkcją tych kanałów jest przekształcanie wewnątrzkomórkowych sygnałów chemicznych w informacje elektryczne. Proces ten jest szczególnie ważny w transdukcji sensorycznej, gdzie kanały bramkowane przez cykliczne nukleotydy przekształcają zapachy i światło w sygnały elektryczne. Niektóre wewnątrzkomórkowo aktywowane kanały jonowe znajdują się w błonie powierzchniowej komórki, ale inne w błonach wewnątrzkomórkowych, takich jak retikulum endoplazmatyczne. Te ostatnie kanały są selektywnie przepuszczalne dla Ca2+ i regulują uwalnianie Ca2+ ze światła retikulum endoplazmatycznego do cytoplazmy. Uwolniony Ca2+ może następnie wywołać spektrum odpowiedzi komórkowych.