mTOR可對細胞外包括生長因子、胰島素、營養素、氨基酸、葡萄糖等多種刺激產生應答。它主要通過PI3K/Akt/mTOR途徑來實現對細胞生長、細胞周期等多種生理功能的調控作用。
正常情況下，結節性腦硬化復合物-1(TSC-1)和TSC-2形成二聚體復合物，是小GTP酶Rheb(Ras-homolog enriched in brain)的抑制劑，而Rheb是mTOR活化所必需的刺激蛋白，因此TSC-1/TSC-2在正常情況下抑制mTOR的功能。當Akt活化后，它可磷酸化TSC-2的Ser939和Thr1462，抑制了TSC-1/TSC-2復合物的形成，從而解除了對Rheb的抑制作用，使得mTOR被激活。活化的mTOR通過磷酸化蛋白翻譯過程中的某些因子來參與多項細胞功能，其中最主要的是4EBP1和P70S6K。
在整個PI3K/Akt/mTOR信號通路中，有一條十分重要的負反饋調節劑就是10號染色體上缺失與張力蛋白同源的磷酸酶基因(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome 10, PTEN)。PTEN是一個腫瘤抑制基因，位于人染色體10q23。它有一個蛋白酪氨酸磷酸酶結構域，在這條通路中可以將PI-3，4-P2與PI-3，4，5-P3去磷酸化，從而負調節PI3K下游AKt/mTOR信號通路的活性。
本信號轉導涉及的信號分子主要包括
PKR，PERK，GCN2，HR1，PP1，GADD34，eIF2-GDP，eIF2-GTP，eIF2B，GSK-3β，NCK，eIF1，eIF5，43S等。
