Ligan adalah molekul pemicu sinyal yang lebih kecil yang dapat bergabung dengan molekul yang lebih besar, yang disebut substrat, untuk mengerahkan beberapa jenis efek biologis. Proses di mana kedua jenis molekul ini bersatu disebut pengikatan ligan, yang merupakan proses penting di mana hormon, neurotransmiter, dan obat-obatan memengaruhi sel. Ligan dapat dibuat oleh suatu organisme, atau buatan manusia, tetapi substrat selalu merupakan biomolekul, atau molekul yang dihasilkan oleh suatu organisme. Biasanya, substrat adalah protein target, mengandung situs spesifik untuk mengikat ligan tertentu.
Gaya antarmolekul, atau ikatan yang lebih lemah yang terbentuk antara molekul, menyediakan sarana untuk terjadinya pengikatan ligan. Ikatan hidrogen, ikatan ion, dan gaya Van der Waal semuanya digunakan untuk memfasilitasi ikatan ligan-substrat. Kelemahan relatif dari ikatan ini memungkinkan mereka menjadi reversibel, dan ligan dan substrat terdisosiasi satu sama lain, tidak berubah, setelah ikatan. Pada kesempatan langka, ikatan kovalen memang terjadi, di mana ligan dan substrat tidak terdisosiasi sesudahnya.
Afinitas adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan kekuatan ikatan antara ligan dan substrat. Ligan afinitas tinggi berguna untuk menginduksi perubahan substrat, karena kekuatan ikatannya memungkinkan mereka untuk tetap berada di situs lebih lama. Protein target tertentu, seperti reseptor sel dengan saluran ion berpasangan yang diaktifkan oleh pengikatan, oleh karena itu akan lebih efektif diikat oleh ligan dengan afinitas tinggi.
Pengikatan ligan dapat memiliki beberapa efek pada protein target, dan mereka diklasifikasikan tergantung pada perubahan struktural yang terjadi setelah pengikatan. Istilah agonis mengacu pada ligan yang mengikat situs reseptor pada protein dan menyebabkan respons fisik. Agonis parsial mengikat ke situs reseptor, tetapi hanya mampu menyebabkan respons parsial atau tidak lengkap. Antagonis mengikat reseptor juga, tetapi tidak menyebabkan respon sama sekali. Istilah-istilah ini mengacu pada kemanjuran pengikatan ligan, atau kemampuan molekul untuk menyebabkan respons ketika terikat.
Karena situs reseptor terbatas di suatu daerah, pengikatan ligan menjadi kompetitif ketika lebih dari satu senyawa ini hadir. Senyawa dengan afinitas yang lebih tinggi biasanya akan mengikat substrat dalam konsentrasi yang lebih tinggi dari satu dengan afinitas yang lebih rendah. Ligan terus-menerus mengikat dan memisahkan dari reseptor, bagaimanapun, yang berarti bahwa akan ada konsentrasi yang lebih kecil dari ligan afinitas rendah yang terikat pada reseptor pada waktu tertentu. Baik afinitas dan kemanjuran ligan menentukan bagaimana substrat akan merespons di hadapan mereka.