Muitos tipos de canais de íons respondem a sinais químicos (ligandos) em vez de mudanças no potencial da membrana (Figura 4.4E-G). O mais importante desses canais de íons de ligantes no sistema nervoso é a classe ativada por neurotransmissores de ligação (Figura 4.4E). Esses canais são essenciais para a transmissão sináptica e outras formas de fenômenos de sinalização celular discutidos nos Capítulos 5-8. Enquanto que os canais de íons de voltagem, subjacentes ao potencial de ação, tipicamente permitem que apenas um tipo de íon penetre, os canais ativados por ligantes extracelulares são normalmente menos seletivos, permitindo que dois ou mais tipos de íons passem pelo poro do canal.
Outros canais de ligante e de ligação são sensíveis a sinais químicos de dentro do citoplasma dos neurônios (ver Capítulo 8). Esses canais possuem domínios ligantes em suas superfícies intracelulares que interagem com segundos mensageiros como Ca2+ (Figura 4.4F) e os nucleotídeos cíclicos cAMP e cGMP (Figura 4.4G). Tais canais podem ser seletivos para íons específicos, como K+ ou Cl-, ou podem ser permeáveis a todos os cátions fisiológicos. A principal função desses canais é converter sinais químicos intracelulares em informação elétrica. Este processo é particularmente importante na transdução sensorial, onde os canais fechados por nucleotídeos cíclicos convertem odores e luz em sinais elétricos. Alguns canais de íons intracelulares ativados estão na membrana superficial da célula, mas outros estão nas membranas intracelulares, como o retículo endoplasmático. Estes últimos canais são seletivamente permeáveis ao Ca2+ e regulam a liberação de Ca2+ do lúmen do retículo endoplasmático para o citoplasma. O Ca2+ liberado pode então desencadear um espectro de respostas celulares.