內毒素信號轉導的主要途徑為：G-菌在崩解或繁殖時釋放出脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），進入宿主血液或細胞培養基中，并與血漿脂蛋白結合（HDL，乳鐵蛋白等）或與脂多糖結合蛋白（LBP）結合。LBP的主要功能是使LPS聚集體解離為LPS單體，形成LBP-LPS復合物，然后將LPS 轉遞給單核-巨噬細胞、中性粒細胞等細胞膜上的mCD14（membrane-bound CD14）受體，并與之結合形成LBP-LPS-mCD14復合物，或者與游離的sCD14（soluble CD14）形成LBP-LPS-sCD14復合物，后者再將LPS轉遞給mCD14受體，或轉遞給無mCD14的細胞，如上皮細胞、內皮細胞。

mCD14是以糖化磷酸肌醇（glycosylphosphatidylinositol，GPI）錨定在膜上的糖蛋白，其在單核-巨噬細胞中的表達極為豐富，每個細胞表面的分子數約為106～109個，其主要功能是結合和濃集各種LPS分子，但缺乏配體結合的特異性。

跨膜型Toll樣受體4（TLR4）在單核-巨噬細胞中約分布有103個分子，mCD14能催化LPS與TLR4的胞外亮氨酸富集重復體（leucine-rich repeats，LRR）結構發生物理接觸，形成CD14-LPS-TLR4三元復合物，并誘導TLR4的胞內結構域發生空間構象改變，使TLR4受體二聚化。TLR4胞質區的TIR結構域可募集胞內銜接蛋白（adaptor）髓樣分化因子88（MyD88）和白細胞介素-1受體相關激酶（interleukin-1 receptor-associatedkinase，IRAK），并錨定到TLR4的TIR結構上。

MyD88的N端為一個死亡結構域（D-D），C端為一個TIR結構域，后者能與TLR4的TIR發生蛋白質-蛋白質相互作用，同時其D-D結構則與IRAK的D-D結構發生蛋白質-蛋白質相互作用，使IRAK發生自身磷酸化并因而具有酶學活性。后者作用于其下游銜接蛋白TNF受體相關因子6（TNF receptor-associated factor 6，TRAF6），出現信號分流，既可通過TGF-β激活激酶（TGF-β-activated kinase 1，TAK1），也可通過ECSIT，分別引發酶學級聯反應，激活NF-κB、AP-1、Jun等多個轉錄因子，并促使相關基因表達。

在低內毒素濃度時，MyD88的信號轉導效應對CD14具有依賴性；而在高濃度時，則不依賴CD14，此時內毒素能通過CD11/CD18、衰變加速因子，膜外突蛋白（moesin）等受體進行信號轉導。TLR4受體突變可導致內毒素耐受，使整個機體的細胞對內毒素的反應均顯著低下，并只能誘導出微量細胞因子的表達。TLR4是內毒素進行信號轉導的關鍵性受體，由于TLR4的胞外結構域在進化上具有多態性，故理論上能夠區別不同的LPS 分子，從而對不同的LPS分子產生不同的效應。

另外，當吞噬細胞吞噬G-菌或LPS聚集體時，可以在胞質內進行降解并釋放少量LPS，也能與胞質內受體Nod1中的LRR結合，誘導其構象改變，也能引發酶學級聯反應，激活NF-κB，使細胞因子表達。后者的途徑為：LPS→Nod1→RICK-→IKK→NF -κB→基因表達。在小鼠Lps 基因的位點上，目前已鑒定出四個結構基因，包括TLR4和Ran（Ras-likenuclear G protein），Ran也可能涉及內毒素信號轉導信號效應。其他受體如嘌呤受體P2X7以及G蛋白，K+通道蛋白、天然耐受相關巨噬細胞蛋白1（natural resistance-associated macrophage protein 1，Nramp1）等均以不同形式參與內毒素的信號轉導，如此才使細胞因子的分泌達到最-大-化。