内毒素信号转导的主要途径为：g-菌在崩解或繁殖时释放出脂多糖（lipopolysaccharide，lps），进入宿主血液或细胞培养基中，并与血浆脂蛋白结合（hdl，乳铁蛋白等）或与脂多糖结合蛋白（lbp）结合。lbp的主要功能是使lps聚集体解离为lps单体，形成lbp-lps复合物，然后将lps转递给单核-巨噬细胞、中性粒细胞等细胞膜上的mcd14（membrane-bound cd14）受体，并与之结合形成lbp-lps-mcd14复合物，或者与游离的scd14（soluble cd14）形成lbp-lps-scd14复合物，后者再将lps转递给mcd14受体，或转递给无mcd14的细胞，如上皮细胞、内皮细胞。
mcd14是以糖化磷酸肌醇（glycosylphosphatidylinositol，gpi）锚定在膜上的糖蛋白，其在单核-巨噬细胞中的表达极为丰富，每个细胞表面的分子数约为106～109个，其主要功能是结合和浓集各种lps分子，但缺乏配体结合的特异性。
跨膜型toll样受体4（tlr4）在单核-巨噬细胞中约分布有103个分子，mcd14能催化lps与tlr4的胞外亮氨酸富集重复体（leucine-rich repeats，lrr）结构发生物理接触，形成cd14-lps-tlr4三元复合物，并诱导tlr4的胞内结构域发生空间构象改变，使tlr4受体二聚化。tlr4胞质区的tir结构域可募集胞内衔接蛋白（adaptor）髓样分化因子88（myd88）和白细胞介素-1受体相关激酶（interleukin-1 receptor-associatedkinase，irak），并锚定到tlr4的tir结构上。
myd88的n端为一个死亡结构域（d-d），c端为一个tir结构域，后者能与tlr4的tir发生蛋白质-蛋白质相互作用，同时其d-d结构则与irak的d-d结构发生蛋白质-蛋白质相互作用，使irak发生自身磷酸化并因而具有酶学活性。后者作用于其下游衔接蛋白tnf受体相关因子6（tnf receptor-associated factor 6，traf6），出现信号分流，既可通过tgf-β激活激酶（tgf-β-activated kinase 1，tak1），也可通过ecsit，分别引发酶学级联反应，激活nf-κb、ap-1、jun等多个转录因子，并促使相关基因表达。
在低内毒素浓度时，myd88的信号转导效应对cd14具有依赖性；而在高浓度时，则不依赖cd14，此时内毒素能通过cd11/cd18、衰变加速因子，膜外突蛋白（moesin）等受体进行信号转导。tlr4受体突变可导致内毒素耐受，使整个机体的细胞对内毒素的反应均显著低下，并只能诱导出微量细胞因子的表达。tlr4是内毒素进行信号转导的关键性受体，由于tlr4的胞外结构域在进化上具有多态性，故理论上能够区别不同的lps分子，从而对不同的lps分子产生不同的效应。
另外，当吞噬细胞吞噬g-菌或lps聚集体时，可以在胞质内进行降解并释放少量lps，也能与胞质内受体nod1中的lrr结合，诱导其构象改变，也能引发酶学级联反应，激活nf-κb，使细胞因子表达。后者的途径为：lps→nod1→rick-→ikk→nf -κb→基因表达。在小鼠lps基因的位点上，目前已鉴定出四个结构基因，包括tlr4和ran（ras-likenuclear g protein），ran也可能涉及内毒素信号转导信号效应。其他受体如嘌呤受体p2x7以及g蛋白，k+通道蛋白、天然耐受相关巨噬细胞蛋白1（natural resistance-associated macrophage protein 1，nramp1）等均以不同形式参与内毒素的信号转导，如此才使细胞因子的分泌达到最-大-化。