胞內部分有G蛋白結合區。G蛋白α，β，γ三種亞單位組成的三聚體，靜息狀態時與GDP結合.當受體激活時GDP-αβγ復合物在Mg2+參與下，結合的GDP與胞質中GTP交換，GTP-α與βγ分離并激活效應器蛋白，同時配體與受體分離。α亞單位本身具有GTP酶活性，促使GTP水解為GDP，在與βγ亞單位形成G蛋白三聚體恢復原來的靜息狀態。
有三種主要的G蛋白介導的信號通路，由四種通過序列的同源性差異區別開來的G蛋白亞類(Gαs、Gαi/o、Gαq/11和Gα12/13)介導。G蛋白的每一亞類都由多種蛋白質組成，每一種蛋白質都是多種基因或剪接變異的產物，這些基因或剪接變異可能使它們在信號傳導特性方面存在細微到明顯的差異，但一般來說，它們可以分為這四類。由于各種可能的βγ亞基組合的信號轉導特性彼此之間幾乎沒有根本的區別，所以這些類別是根據它們的α亞基的亞型來定義的。
雖然大多數GPCRs能夠激活不止一種Gα亞基，但它們也表現出對其中一種亞型的偏好。激活的亞型依賴于與GPCR結合的配體，這被稱為功能選擇性。然而，任何一個特定的激活信號的結合也可能啟動多個不同的G蛋白的激活，因為激活信號可能能夠激活GPCR的GEF結構域的多個活性構象。一個構象會優先激活Gα的一種異構體，但如果優先的異構體難以激活也有可能激活另一種異構體。此外，反饋途徑可能導致受體修飾(例如，磷酸化)，從而改變G蛋白的偏好。不管這些細微差別，GPCR的首選偶聯伙伴通常是根據在大多數生理或實驗條件下內源性配體激活程度最高的G蛋白來定義的。
1、Gαs和Gαi/o徑的作用對象是環腺苷酸(cAMP)的生成酶--腺苷酸環化酶(AC)。雖然在哺乳動物中有十個不同的AC基因產物,但每一個都在組織分布或功能上有細微的差別,它們都催化ATP向cAMP的轉換。Gαs類G蛋白直接激活這個過程。相反，與Gαi/o類G蛋白的相互作用抑制AC生成cAMP。因此，偶聯Gαs的GPCR會抵消偶聯Gαi/o的GPCR的作用，反之亦然。細胞質內cAMP的水平進而可以決定各種離子通道以及絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶A (PKA)家族成員的活性。因此，cAMP被認為是第二信使，而PKA是第二效應因子。
2、Gαq/11通路的效應因子是磷脂酶C-β (PLCβ)，它催化膜結合的磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)裂解為肌醇1,4,5-三磷酸(IP3)和二酰基甘油(DAG)。IP3作用于內質網(ER)膜上的IP3受體，促使內質網釋放Ca，而DAG沿質膜擴散，可激活絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶C (PKC)結合在膜上的部分。由于PKC的許多異構體也被細胞內Ca的增加激活，這兩種途徑也可以相互作用，通過相同的二級效應體PKC發出信號。升高的細胞內Ca也可以結合和激活被稱為鈣調素的蛋白質，鈣調素進而激活Rho GTP酶,。一旦與GTP結合，Rho可以繼續激活和調節細胞骨架上的各種蛋白，如Rho激酶(ROCK)。大多數匹配Gα12/13的GPCR通常也匹配Gαq/11。