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La endocitosis es un proceso por el cual la célula introduce moléculas grandes o partículas, y lo hace englobándolas en una invaginación de la membrana citoplasmática, formando una vesícula que termina por desprenderse de la membrana para incorporarse al citoplasma. Cuando la endocitosis da lugar a la captura de partículas se denomina fagocitosis, y cuando son solamente porciones de líquido las capturadas, se denomina pinocitosis. La pinocitosis atrapa sustancias de forma indiscriminada, mientras que la endocitosis mediada por receptores sólo incluye al receptor y a aquellas moléculas que se unen a dicho receptor, es decir, es un tipo de endocitosis muy selectivo.
El mecanismo de endocitosis más común es la fagocitosis, este consiste en la introducción de una molécula de gran tamaño, una partícula o un microorganismo al medio intracelular. Primero la partícula se apoya en una zona de la membrana celular produciéndose una invaginación, al ingresar a la célula, la molécula queda envuelta en membrana plasmática dando lugar a una vesícula denominada fagosoma. El fagosoma se fusiona con los lisosomas, formando un fagolisosoma, los orgánulos encargados de realizar la digestión celular.
La endocitosis es por ejemplo el método que utilizan las neuronas para recuperar un neurotransmisor liberado en elespacio sináptico, para ser reutilizado. Sin este proceso, se produciría un fracaso en la transmisión del impulso nervioso entre neuronas.