Receptory rodziny 5-HT₁ oraz receptor 5-HT₅A są sprzężone przede wszystkim z białkami Gi/o i hamują aktywność cyklazy adenylanowej. Receptory 5-HT₂ są sprzężone głównie z białkami Gq/11 i aktywują fosfolipazę C. Receptory 5-HT₄, 5-HT₆ i 5-HT₇ są sprzężone głównie z Gs i zwiększają aktywność cyklazy adenylanowej oraz stężenie cAMP.
Receptory 5-HT₃ są odmienne od pozostałych rodzin: są pentamerycznymi kanałami kationowymi bramkowanymi ligandem i po aktywacji powodują szybką depolaryzację komórki. U człowieka występują geny kodujące podjednostki 5-HT₃A–5-HT₃E.
Receptor Główny mechanizm sygnałowy Wybrane znaczenie 5-HT₁A Gi/o, ↓ cAMP Występuje pre- i postsynaptycznie; w neuronach serotoninergicznych pełni m.in. funkcję autoreceptora. 5-HT₁B Gi/o, ↓ cAMP Reguluje uwalnianie neuroprzekaźników; jest jednym z celów tryptanów. 5-HT₁D Gi/o, ↓ cAMP Uczestniczy w regulacji układu trójdzielno-naczyniowego i jest celem tryptanów. 5-HT₁E Gi/o, ↓ cAMP Jego funkcje fizjologiczne są słabiej poznane niż wielu innych receptorów serotoninowych. 5-HT₁F Gi/o, ↓ cAMP Uczestniczy w transmisji trójdzielnej; jest celem lasmidytanu. 5-HT₂A Gq/11, aktywacja fosfolipazy C Występuje m.in. w OUN, mięśniach gładkich i płytkach krwi;