Першим етапом дії гормону є його взаємодія зі специфічним рецептором клітини-мішені. Клітини, які втратили рецептори, не здатні до відповіді. Рецептори деяких гормонів локалізуються на поверхні клітинних мембран, рецептори інших -присутні в цитоплазмі і ядрі. Взаємодія гормону і рецептора ініціює початок каскаду ферментативних реакцій, кожна стадія якого стає все більш потужною, тому навіть мала концентрація гормону здатна давати суттєвий ефект.

Рецептори гормонів є великими білками, і кожна сприйнятлива до гормону клітина може мати від 2000 до 100000 таких рецепторів. Рецептори високоспецифічні для конкретного гормону, що зумовлюєтип гормону, який зможе вплинути на певну тканину. Гормоном активує тільки ті тканини, які мають у своєму розпорядженні специфічним до нього рецептором.

Локалізація різних типів рецепторів гормонів зазвичай така.
1. Усередині клітинної мембрани або на її поверхні (рецептори до гормонів білкової і поліпептидного природи, катехоламінів).
2. У цитоплазмі клітини (рецептори до різних стероїдних гормонів).
3. У клітинному ядрі (рецептори до гормонів щитовидної залози, які ймовірно пов'язані з однією або більше хромосомами).

Кількість і чутливість рецепторів гормонів регулюються. Кількість рецепторів клітин-мішеней зазвичай змінюється день у день і навіть протягом декількох хвилин. Білки-рецептори часто інактивуються і руйнуються в процесі функціонування, а потім реактивує і відтворюються протеїн-синтезують механізмами клітин. Наприклад, збільшення концентрації гормону і зв'язування його з рецепторами може спровокувати зменшення кількості активних рецепторів.

Регульоване зниження активних рецепторів може бути результатом: (1) інактивації частини молекул рецептора, (2) інактивації частини внутрішньоклітинних білкових інформаційних молекул, (3) тимчасової секвестрації рецептора всередині клітини, поза області взаємодії з гормоном на мембрані клітини; (4) руйнування рецепторів лізосомами після їх попадання в клітину; (5) зниження формування рецепторів. В цьому випадку низька рецепторна щільність призводить до зниження здатності клітини реагувати на присутність гормону в міжклітинній речовині.

Деякі гормони здатні підвищувати активність рецепторів та внутрішньоклітинних інформаційних білків-переносників в клітинах-мішенях. Це означає, що гормон або індукує більше, ніж зазвичай, освіта рецепторів або сигнальних молекул в клітині за допомогою протеїн-синтезують систем, або підвищує здатність рецептора до взаємодії з гормоном. В цьому випадку тканини-мішені стають більш чутливими до стимулюючого дії гормону.

Практично завжди відповідь тканин-мішеней формується за умови освіти гормон-рецепторного комплексу. Це змінює функцію самого рецептора, і активоване рецептор ініціює відповідну реакцію клітини. Щоб пояснити це, наведемо кілька прикладів різних видів такої взаємодії.

Рецептори, пов'язані з іонними каналами. Практично всі нейромедіатори, такі як ацетилхолін і норадреналін, взаємодіють з рецепторами постсинаптичної мембрани, що завжди є причиною зміни структури рецептора, приводячи до відкриття або закриття каналів для одного або більше іонів. Одні з пов'язаних з іонними каналами рецепторів відкривають або закривають натрієві або калієві канали, інші - кальцієві і т.д. Іонний струм через канал обумовлює подальший ефект в постсинаптичних клітинах.

Деякі гормони можуть реалізувати свої впливу, активуючи іонні канали рецепторів, однак більшість гормонів, які відкривають і закривають іонні канали, роблять це не напряму, а взаємодіючи з G-білок-або ензим-сполученими рецепторами, як це обговорюється далі.