天然狀態下的NLR分子，N端LRR結構域往往彎起來形成與NACHT結構域并列的U字形構型，掩蓋了后者發揮作用的部位。LRR一旦與配體結合，處于自身抑制狀態的NLR分子立即伸展開來，暴露出NACHT寡聚結構域，并迅速形成6—8個同類分子的聚合體。該NLR遂被激活，啟動相應的信號轉導。
細菌被M平等吞噬后，首先形成吞噬體，然后與溶酶體融合成為吞噬溶酶體，在溶酶體酶的作用下，細菌胞壁成分分解為肽聚糖（PGN），后者再降解成一種具有免疫調變活性的胞壁肽（rnuropeptide）。胞壁肽中的二氨基庚二酸（meso-DAP）見于革蘭陰性菌，由NODl識別；胞壁肽中的胞壁酰二肽（muramyl depeptide，MDP）可同時出現于革蘭陰性菌和革蘭陽性菌，由N0132和NAlP3共同識別。隨后，MDP以一種現時尚不清楚的機制從吞噬溶酶體進入胞質溶膠，通過直接或間接的方式結合NOD2和NALP3分子的LRR結構域，使兩種NLR分子同步激活并啟動信號轉導。
與TLR信號轉導途徑的不同之處在于，TLR分子中參與識別PAMP的LRR，或者在胞膜外（膜型TLR），或者在內體，或者在吞噬溶酶體等胞內區室腔內，信號皆傳向胞質溶膠，并活化其中的MAPK及轉錄因子NP—xB，進而引起基因轉錄激活。而此處，整個NlR分子是處在胞質溶膠中，無所謂信號“從外向里”傳，但可以通過信號途徑有目標地激活一些特定的效應分子。引起信號級聯反應的一個重要機制是，NLR分子端部的效應結構域CARD和PYD可借助前面提到的同型互作動員并吸引其他帶有相同結構域的分子，以一種PYD-PYE）和CARD—CARD相互作用的形式，使下游分子激活。這一點，類樸赥LR分子TIR結構域和帶有丁IR結構域的銜接蛋白MyD88之間出現的相互作用。此處，就NOD2而言，活化的是帶有CARD結構域的絲／*激酶RIP2，后者再激活轉錄因子NF-κB，使促炎癥細胞因子發生轉錄激活；對于NALP3而言，活化的是帶有CARD結構域的caspase-1（Caspl），一類介導炎癥反應的胱天蛋白酶。在NF-gB及Caspl的作用下，細胞因子IL-1p前體分子（prolL-1p）分解成為有活性的IL-1p分子和另一小單位。后面將會提到，IL-1是重要的促炎癥因子。在這個意義上，NLR和TLR一樣，通過結合PAMP中的胞壁肽等成分而參與啟動炎癥反應。
