内毒素在机体中主要通过单核细胞和巨噬细胞发挥其生物学作用，因此巨噬细胞和单核细胞是内毒素在机体的主要效应细胞。内毒素通过单核-巨噬细胞上的CD14、TLR4等受体进行信号转导，激活一系列酶学反应，促使转录因子激活或转位入细胞核内，调节许多基因的表达，通过大量的细胞因子和炎症介质发挥作用，使机体出现发热、低血压、DIC等不良反应；也促进单核-巨噬细胞的活性增强，如吞噬细菌及其产物能力增强；同时其膜上受体表达也发生变化，如CD14，CD18等表达上调，使其免疫应答能力增强，这是T NF-α和IL-1、IL-6分泌的重要来源。

巨噬细胞是机体的重要职业性吞噬细胞之一，内毒素激活巨噬细胞后，巨噬细胞表现出形态改变（浆膜呈现不规则波浪形、细胞器增加，膜分子表达改变），代谢增强（胞内蛋白质合成以及ATP生产增加，磷酸戊糖代谢增强）及功能增强（吞噬率及吞噬速度增高，杀菌及杀肿瘤细胞能力增强，分泌活性以及抗原呈递能力增强）等。当其生物学功能大大增强时，同时分泌HLE，HLE可以裂解多种受体分子如CD14，CD18，减弱其对内毒素的信号转导作用，减轻炎症反应。

巨噬细胞受到内毒素刺激后，细胞内非溶酶体酶如乳酸脱氢酶、亮氨酸萘胺酶以及分泌到胞质的溶酶休酶如酸性磷酸酶、β-N -乙酰葡萄糖胺酶均增加，因此吞噬和杀菌能力也随之增加。可见巨噬细胞和单核细胞对的激活可给机体带来双重作用。Heagy等发现，有许多外周单核细胞（<15%左右）并不对LPS发生反应，说明在同一个个体中单核细胞对的LPS反应存在巨大的差异，可能存在一个非识别的、非基因组的控制系统决定LPS 的反应，是单核细胞的“黑洞（black hole）"现象。