Asam lemak terlibat dalam berbagai jalur sinyal biologis. Mengikuti asupan lemak tak jenuh ganda, produk peroksidasi lipid dapat berfungsi sebagai prekursor mediator sinyal yang kuat. Beberapa contoh pensinyalan seperti itu termasuk produksi eikosanoid, peroksidasi LDL, dan modulasi jalur metabolik dan neurologis.

Yang paling penting adalah peran asam lemak dalam pembentukan eikosanoid, yang merupakan sekelompok molekul sinyal yang terlibat dalam respon imun. Eikosanoid terdiri dari 20-karbon asam lemak tak jenuh ganda yang membentuk prekursor berbagai molekul yang bertanggung jawab untuk agregasi trombosit, kemotaksis, dan faktor pertumbuhan. Asupan makanan dari asam lemak tak jenuh ganda juga dapat menghasilkan peroksidasi LDL. Ketika LDL teroksidasi dilalap oleh makrofag, aktivasi kekebalan yang dihasilkan dapat menyebabkan perkembangan aterosklerosis. Selain itu, peningkatan asupan kolesterol, asam lemak jenuh dan trans telah dikaitkan dengan perkembangan beberapa penyakit kardiovaskular.

Berbeda dengan efek negatif dari kolesterol LDL, asam lemak jenuh, dan trans, asupan asam lemak tak jenuh ganda dan ω-3 dan ω-6 terkait dengan efek anti-inflamasi. Secara khusus, asam lemak ini meningkatkan penyerapan LDL yang bersirkulasi oleh hati, dan mengurangi aktivasi leukosit dan reaktivitas platelet, proliferasi limfosit, dan tekanan darah. Selain itu, lemak tak jenuh ganda juga diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan normal, serta pengaturan ketajaman visual dan kognisi dalam sistem saraf pusat. Efek menguntungkan lebih lanjut dari asam lemak tak jenuh ganda telah diamati mengenai penghambatan proliferasi sel kanker dan efek anti-tumor pada hewan model.