早期細胞轉染實驗顯示，TLR2也能識別LPS，并介導細胞LPS反應。后來研究發現，去除LPS制劑中的脂蛋白等雜質后，純化的LPS對TLR2則失去激活作用，但對TLR4仍有激活作用。此外，TLR2基因敲除小鼠對腸道桿菌LPS的反應與野生型小鼠相同。抗TLR2抗體能阻斷肽聚糖和熱滅活金黃色葡萄球菌對人THP-1細胞的激活作用，但對LPS無明顯影響。說明TLR2至少不是LPS的主要識別受體。但有研究顯示，TLR2能與LPS呈低親和力結合。此外，來源于Porphyromonas gingivalis和腎臟鉤端螺旋體、腦膜炎雙球菌LPS的識別是通過TLR2，而不是TLR4。但這兩種LPS的脂質A的結構與大多數革蘭陰性細菌LPS有明顯差異，這種結構上的差異可能影響其與受體結合的特異性。

目前認為，TLR2 是革蘭陽性細菌的主要識別受體。革蘭陽性細菌的細胞壁內含有一層很厚的肽聚糖（PGN），其內包含有脂蛋白和磷壁酸。LTR2是識別這些成分的主要受體。支原體是一種無細胞壁的病原菌，但其漿膜內含有各種脂蛋白或明脂肽，它們可引起促炎反應。

支原體的脂肽之一，2000的巨噬細胞激活脂肽-2（macrophage-activating lipopeptide-2，MALP-2）被證實是利用TLR2作為信號轉導體。此外，細菌脂蛋白在細菌中十分常見，包括分枝桿菌、革蘭陽性細菌和革蘭陰性細菌。細菌脂蛋白在N-末端都具有一個共同的三酰基結構，與分子的刺激特性有關。與太多數細菌配體一樣，細菌脂蛋白是巨噬細胞微活的強刺激物，包括細胞因子產生和上調炎癥事件。研究顯示，TLR2能介導來自分枝桿菌、支原體和螺旋菌的脂蛋白的反應，是脂蛋白激活作用的主要介質。抗TLR2抗體能抑制脂蛋白刺激巨噬細胞產生細胞因子的作用。轉染實驗和受體缺失小鼠實驗均證實，TLR2是微生物脂蛋白的主要受體。

雖然證明TLR2是介導革蘭陽性細菌、分枝桿菌和真菌產物的重要受體的研究結果主要來源于TLR2缺失動物的細胞實驗，但對其結果也應慎重解釋，因為：①與LPS激活TLR4不同，上述細菌成分啟動細胞信號轉導都需要很高的劑量。②這些成分在化學結構上有明顯差異，激活細胞所需要的具體的和最小的結構尚不清楚。因此，對這些成分是否利用相同的受體尚有一些疑問，事實上，一些細菌成分既利用TLR4，也能通過TLR2激活細胞。