Una volta che il recettore è stato attivato dal ligando recluta diverse proteine adattatrici che interagiscono con il suo dominio TIR poiché possiedono anch'esse un dominio TIR. Tutti i recettori TLR tranne TLR3 reclutano MyD88 ed insieme ad esso formano combinazioni di proteine adattatrici tra le quali figurano MAL ("MyD88 Adapter Like"), TRIF ("TIR domain containing adapter Inducing Interferon β") e TRAM ("Trif-Related Adapter Molecule"). MyD88 e MAL attirano proteine IRAK ("IL-1 Receptor Associated Kinase") come IRAK1 e IRAK4, che a loro volta interagiscono con TRAF6 ("TNF Receptor Associated Factor 6") il quale attiva TAK1 ("TGF-β Activated Kinase"), che da inizio alla cascata delle MAP-chinasi e attiva le chinasi IκB. La cascata delle MAP-chinasi (IKK, NIK o NLK) attiva i fattori di trascrizione NF-κB, Fos e Jun, gli ultimi due si associano formando il complesso di trascrizione AP-1. Tali fattori trascrivono geni codificanti interleuchine (IL-1, IL-6, IL-8, IL-12), fattore di necrosi tumorale (TNF), E-selectina, MCP-1. Nel caso vengano reclutate TRAM e TRIF esse si associano a TRAF6, che attiva TBK1 che a sua volta attiva il fattore di trascrizione IRF3 ("Interferon Response Factor 3"). IRF trascrive geni che codificano per gli interferoni α e β. I recettori TLR endosomiali come TLR3 e TLR9 reclutano rispettivamente TRIF e MyD88, il primo attiva TBK1 e successivamente IRF3, mentre il secondo attiva IRAK1 o IRAK4 che attivano TRAF6 e quindi la cascata della MAP chinasi e NF-κB, mentre le IRAK attivano IRF7, che trascrive geni che codificano per interferoni.