TGF-β超家族包括：骨形成蛋白（BMP），生长分化因子（GDF），抗缪勒式管激素（AMH），激活素（Activin），Nodal及TGFβ。信号转导开始时，TGFB超家族配体与TGF-βII型受体结合。II型受体是一种丝氨酸/苏氨酸激酶受体，它催化了I型受体的磷酸化。每种配体与一种特定的II型受体相结合。在哺乳动物中，现有七种已知的I型受体和五种已知的II型受体。

有三种激活素：激活素A，激活素B，激活素AB。激活素参与胚胎髮生和骨发生。它们也调控包括垂体激素、性激素、下丘脑激素及胰岛素在内的多种激素。它们还是神经细胞存活因子。

骨形成蛋白（BMP）与2型骨形成蛋白受体（BMPR2）结合。它们参与包括骨形成、细胞分化、前后轴分化、生长及动态平衡在内的等多种细胞功能。

TGF-β超家族包括：TGFβ1, TGFβ2, TGFβ3。就像BMP一样，TGF-β参与胚胎髮生和细胞分化，但它们还参与细胞凋亡等其它功能。它们与2型TGF-β受体（TGFBR2）结合。

Nodal与IIB型激活素受体（ACVR2B）结合。之后它或者与IB型激活素受体（ACVR1B）结合形成受体複合物，或者与IC型激活素受体（ACVR1C）结合。

受体-配体结合反应在局部发生时，该类反应被归为旁分泌信号转导。

TGF-β配体与一个II型受体二聚体结合，该II型受体二聚体招募一个I型受体二聚体，并与配体形成异源四聚体複合物。这些受体是丝氨酸/苏氨酸激酶受体。它们有一个富含半胱氨酸的胞外域，一个跨膜域和一个富含丝氨酸/苏氨酸的胞内域。I型受体的GS域由一系列大约三十个丝氨酸-甘氨酸重複组成。TGF-β家族配体的结合造成受体翻转，这样它们的胞内激酶域就处于一个易于发生催化反应的方向。II型受体将I型受体的丝氨酸残基磷酸化，I型受体再激活蛋白。

有五种受到受体调控的SMAD蛋白：SMAD1, SMAD2, SMAD3, SMAD5及SMAD9（有时也被记作SMAD8）。主要有两种胞内通路与这些R-SMAD蛋白相关。TGF-β、激活素、Nodal以及一些生长分化因子（GDF）被SMAD2及SMAD3调控，而骨形成蛋白（BMP）、抗缪勒式管激素（AMH）和个别生长分化因子（GDF）被SMAD1、SMAD5及SMAD9调控。R-SMAD蛋白与I型受体的结合由含蛋白质的FYVE锌双指结构域（zinc double finger FYVE domain）调控。SARA（The SMAD anchor for receptor activation，受体活化时SMAD的锚定点）和HGS（Hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate，受肝细胞生长因子调控的酪氨酸激酶的底物）是两种调控TGF-β通路的蛋白。

SARA存在于初级内体中，这些初级内体通过内吞作用摄入受体複合物，这个过程受到格线蛋白调控。SARA招募R-SMAD蛋白，SARA使R-SMAD蛋白能与I型受体的L45域结合。SARA调整R-SMAD的方向，使得其羧基端上的丝氨酸残基朝向I型受体的催化区域。I型受体将R-SMAD的丝氨酸残基磷酸化，从而导致R-SMAD中的MH2结构域发生形态改变，进而与受体複合体及SARA脱离。

磷酸化的RSMAD与coSMAD（如SMAD4）有很强的亲和力，并与coSMAD形成複合体。在这个反应中，RSMAD的磷酸基并没有作为coSMAD的停泊位点发挥作用，而是磷酸化打开了一段胺基酸，从而RSMAD和coSMAD能相互反应。

磷酸化的RSMAD/coSMAD複合物进入细胞核，与转录启动子及转录辅助因子结合，引起DNA转录。

成骨蛋白引起参与骨发生、神经形成及腹部中胚层分化的mRNA的转录。

TGF-β引起参与细胞凋亡、细胞外基质再生及免疫抑制的mRNA的转录。它也与细胞周期中的G1期阻滞有关。

激活素引起参与性腺生长、胚胎分化及胎盘形成的mRNA的转录。

Nodal引起参与左右轴分化、中胚层和内胚层形成的mRNA的转录。

TGF-β信号通路参与许多细胞过程，因此受到频繁的调控。TGF-β信号通路有多种正反馈和负反馈调节机制，如配体和R-SMAD的激动剂，诱饵受体，R-SMAD和受体被泛素化等。

脊索蛋白和头蛋白都是骨形成蛋白（BMP）的拮抗剂。它们与BMP结合，阻碍其与受体的结合。有研究显示，脊索蛋白和头蛋白使中胚层形成背部组织/器官，二者都在非洲爪蟾的背唇中被发现，另外还将特定的上皮组织转化为神经组织。头蛋白在软骨形成和骨骼形成中起关键作用。

DAN家族的蛋白也与TGF-β家族成员拮抗。这些蛋白包括Cerberus，DAN以及Gremlin。这些蛋白包含可以形成二硫键的九个保守半胱氨酸。一般认为DAN与GDF5，GDF6及GDF7拮抗。

卵泡抑素与激活素结合併抑制激活素，它直接影响促卵泡激素的分泌。卵泡抑素也与前列腺癌密切相关，其基因的突变可能阻碍它对激活素的作用，而这种作用具有抗增殖的性质。

Lefty蛋白是TGF-β的一种调控因子，它参与了胚胎形成中的轴形成。它也是TGF超家族的成员。在鼠类胚胎中，这种蛋白在左侧不对称地表达，因而与左右分化相关。Lefty通过抑制R-SMAD的磷酸化产生作用，这样的过程通过一种持续性活化的TGF-βI型受体及Lefty活化的下游过程实现。

也有研究发现基于药物的拮抗剂，例如SB431542，它选择性地抑制ALK4, ALK5, and ALK7。

转化生长因子受体3（TGFBR3）是发现的数量最多的TGF-β受体，它没有已知的信号域，但它能通过结合TGF-β并将其呈递给TGFBR2来增强TGF-β配体与TGF-βII型受体的结合。TGF-β信号通路的下游靶标之一GIPC与TGFBR3的PDZ结构域结合，抑制其蛋白酶体降解，进而增强TGF-β活性。它可能也是激活素RIL的抑制素複合受体。

BAMBI（BMP and activin membrane bound inhibitor，BMP和激活素膜结合抑制剂）与I型受体有相似的胞外域，它缺少一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶胞内域，因此它是一个虚拟受体。BAMBI与I型受体结合，阻止其被激活。它是TGF-β信号通路中的负调控因子，可能在胚胎形成中抑制TGF-β表达。它的表达需要BMP信号。

FKBP12与I型受体的GS域结合，抑制II型受体将I型受体磷酸化。一般认为FKBP12及其同系物在没有配体时抑制I型受体活性，因为配体结合后它会断开与I型受体的连线。

SMAD家族中还有两种抑制性蛋白（I-SMAD），即SMAD6和SMAD7。它们参与负反馈调节，并在TGF-β信号通路的调控中起关键作用。与其它SMAD蛋白一样，它们有一个MH1结构域和一个MH2结构域。SMAD7与其它R-SMAD蛋白竞争，与I型受体结合，并抑制其磷酸化。它们储存在细胞核中，一旦TGF-β被激活就进入细胞质并结合I型受体。SMAD6与SMAD4结合，阻碍其它R-SMAD蛋白与coSMAD蛋白结合。在TGF-β信号通路中，I-SMAD的表达水平提高，这意味着它是TGF-β信号通路的下游靶标。

E3泛素蛋白连线酶SMURF1和SMURF2调控SMAD的表达水平。与酶结合的E在酶上将泛素传递给RSMAD，导致其泛素化及蛋白酶体降解。SMURF1与SMAD1及SMAD5结合，而SMURF2 与SMAD1, SMAD2, SMAD3, SMAD6及SMAD7结合。SMURF2增强了SMAD7的抑制活动，而减少了SMAD2的转录活动。