Ligandi so manjše molekule, ki sprožijo signal, ki se lahko združijo z večjo molekulo, imenovano substrat, in tako izvajajo nekakšen biološki učinek. Proces, s katerim se ti dve vrsti molekul združita, se imenuje vezava liganda, kar je vitalni proces, s katerim hormoni, nevrotransmiterji in zdravila vplivajo na celice. Ligand lahko izdela organizem ali ga ustvari človek, vendar je substrat vedno biomolekula ali molekula, ki jo proizvaja organizem. Običajno je substrat tarčni protein, ki vsebuje specifična mesta za vezavo določenih ligandov.
Medmolekularne sile ali šibkejše vezi, ki nastanejo med molekulami, zagotavljajo sredstva za vezavo liganda. Vodikove vezi, ionske vezi in Van der Waalove sile se uporabljajo za olajšanje vezi ligand-substrat. Relativna šibkost teh vezi omogoča, da so reverzibilne in da se ligand in substrat po vezavi nespremenjena ločita drug od drugega. V redkih primerih pride do kovalentne vezi, kjer se ligand in substrat pozneje ne disociirata.
Afiniteta je izraz, ki se uporablja za opis trdnosti vezi med ligandom in substratom. Ligandi z visoko afiniteto so uporabni za induciranje sprememb v substratih, saj jim njihova vezavna moč omogoča, da ostanejo na mestu dlje. Nekatere ciljne beljakovine, kot so celični receptorji s povezanimi ionskimi kanali, ki se aktivirajo z vezavo, bi bili zato učinkoviteje vezani z ligandom z visoko afiniteto.
Vezava liganda ima lahko več učinkov na ciljni protein in jih razvrščamo glede na strukturne spremembe, ki se pojavijo po vezavi. Izraz agonist se nanaša na ligand, ki se veže na receptorsko mesto na proteinu in povzroči fizični odziv. Delni agonisti se vežejo na receptorsko mesto, vendar so sposobni povzročiti le delni ali nepopoln odziv. Antagonisti se vežejo tudi na receptorje, vendar sploh ne povzročijo odziva. Ti izrazi se nanašajo na učinkovitost vezave liganda ali sposobnost molekule, da povzroči odziv, ko je vezana.
Zaradi omejenih receptorskih mest na območju postane vezava liganda konkurenčna, če je prisotnih več kot ena od teh spojin. Spojina z večjo afiniteto se običajno veže na substrate v višjih koncentracijah kot spojina z nižjo afiniteto. Ligandi se nenehno vežejo in ločujejo od receptorjev, kar pomeni, da bo v vsakem trenutku na receptorje vezanih manjša koncentracija ligandov z nižjo afiniteto. Tako afiniteta kot učinkovitost ligandov določata, kako se bodo substrati odzvali v njihovi prisotnosti.