內毒素在機體中主要通過單核細胞和巨噬細胞發揮其生物學作用，因此巨噬細胞和單核細胞是內毒素在機體的主要效應細胞。內毒素通過單核-巨噬細胞上的CD14、TLR4等受體進行信號轉導，激活一系列酶學反應，促使轉錄因子激活或轉位入細胞核內，調節許多基因的表達，通過大量的細胞因子和炎癥介質發揮作用，使機體出現發熱、低血壓、DIC等不良反應；也促進單核-巨噬細胞的活性增強，如吞噬細菌及其產物能力增強；同時其膜上受體表達也發生變化，如CD14，CD18等表達上調，使其免疫應答能力增強，這是T NF-α和IL-1、IL-6分泌的重要來源。

巨噬細胞是機體的重要職業性吞噬細胞之一，內毒素激活巨噬細胞后，巨噬細胞表現出形態改變（漿膜呈現不規則波浪形、細胞器增加，膜分子表達改變），代謝增強（胞內蛋白質合成以及ATP生產增加，磷酸戊糖代謝增強）及功能增強（吞噬率及吞噬速度增高，殺菌及殺腫瘤細胞能力增強，分泌活性以及抗原呈遞能力增強）等。當其生物學功能大大增強時，同時分泌HLE，HLE可以裂解多種受體分子如CD14，CD18，減弱其對內毒素的信號轉導作用，減輕炎癥反應。

巨噬細胞受到內毒素刺激后，細胞內非溶酶體酶如乳酸脫氫酶、亮氨酸萘胺酶以及分泌到胞質的溶酶休酶如酸性磷酸酶、β-N -乙酰葡萄糖胺酶均增加，因此吞噬和殺菌能力也隨之增加。可見巨噬細胞和單核細胞對的激活可給機體帶來雙重作用。Heagy等發現，有許多外周單核細胞（<15%左右）并不對LPS發生反應，說明在同一個個體中單核細胞對的LPS反應存在巨大的差異，可能存在一個非識別的、非基因組的控制系統決定LPS 的反應，是單核細胞的“黑洞（black hole）"現象。