I recettori di tipo muscarinico sono recettori metabotropici, associati quindi ad una proteina G. Nello specifico, i recettori M1, M3 e M5 sono accoppiati ad una proteina Gq/11 (proteina G di tipo eccitatorio) che promuove l’attivazione di un enzima, la fosfolipasi C (PLC), con conseguente aumento della concentrazione del calcio intracellulare. I recettori M2 e M4, invece, sono accoppiati ad una proteina Gi (proteina G inibitrice), la cui attivazione favorisce l’inibizione dell'adenilato-ciclasi (un enzima della classe delle liasi che favorisce la rottura di diversi legami chimici) e la formazione di cAMP (AMP ciclico), bloccando in tal modo il passaggio di calcio all’interno della cellula.