Odkryto wiele receptorów toll-podobnych, które oznaczono skrótem od TLR1 do TLR13. Receptory toll-podobne występują w błonie komórkowej (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6, TLR10, TLR11), a także wewnątrz komórki w błonie endosomów (TLR3, TLR7, TLR8 i TLR9). W organizmie ludzkim nie występują receptory TLR11, TLR12 i TLR13, a u myszy nie stwierdzono działającego receptora TLR10.
Pierwsze receptory kodowane przez zmutowany gen toll opisano u muszki owocowej (Drosophila melanogaster), u której są odpowiedzialne za procesy rozwojowe i układ odpornościowy. Homologiczne receptory u kręgowców zostały nazwane receptorami toll-like . Dotychczas zidentyfikowano 13 genów u myszy i ludzi, które kodują TLR rozpoznające wzory molekularne – specyficzne struktury molekularne będące komponentami patogennych mikroorganizmów, niewystępujące u kręgowców. TLR znaleziono na komórkach odporności wrodzonej kręgowców oraz u roślin w mechanizmach odporności przeciwko wirusom i innym patogenom.