Это класс сигнальных клеточных патоген-распознающих рецепторов с одним трансмембранным фрагментом, способные распознавать патоген-ассоциированные молекулярные структуры специфичные для больших групп патогенов, и/или молекулярные структуры, связанные с повреждением с последующим продуцированием и секрецией различные провоспалительных и противовирусных факторов.

TLR представляют собой трансмембранные гликопротеины типа I и состоят из внеклеточной области, трансмембранной области и внутриклеточной области (TIR домен). Внеклеточная область содержит повторы, богатые лейцином (LRR), которые ответственны за распознавание специфических лигандов и выполняют распознавание внеклеточного паттерна. TLR активируются различными лигандами. Типы TLR перекрывает практически весь спектр структурных компонентов бактерий, вирусов и грибов. После активации TLR происходит их олигомеризация. Олигомерный рецептор способен связывать несколько внутриклеточных адаптерных белков, которые обеспечивают последующую передачу сигнала. Всего существует 5 адаптерных белков с TIR-доменом: MyD88, TIRAP, TRIF, TRAM и SARM. Различные рецепторы имеют свой набор этих адаптерных белков, необходимых для передачи сигнала. Адаптерные белки связываются со специфическими ферментами-киназами (IRAK1, IRAK4, TBK1 или IKKi), которые значительно усиливают сигнал и приводят в конечном итоге к индукции определённых генов, которые определяют воспалительный ответ клетки.