脫落的脂多糖（LPS）通過存在于目標細胞的細胞膜中的TLR4來表現其作用。TLR家族與炎性細胞因子的表現有關，在自然免疫中起著重要作用。到目前為止，已知的存在于人體中的屬于TLR家族的分子就有10種。TLR家族的細胞外結構域擁有富亮氨酸重復序列（LRR）這種結構。LRR是由從屬于氨基酸一種的白氨酸與規則排列的leucine-rich motif（LRM）之間的重復結構構成的。另外，細胞內結構域被稱為Toll/IL-1R同源區（TIR結構域），是與白細胞介素-1（IL-1）受體和其他屬于IL-1受體家族的分子（IL-18）具有相同性的領域。近年來除TLR4以外，有報告稱擁有LRR的細胞內蛋白質Nod同樣作為LPS受體在發揮著作用 。
TLR4作用下的LPS的識別機制首先是以內毒素結合蛋白（LBP）捕獲LPS，然后將其輸送給CD14分子的形式啟動的。此外，LPS-CD14復合物應該要與TLR4結合，但識別必須得有MD-2分子。