Toll-like receptor 4 (TLR4) is een patroonherkenningsreceptor die belangrijk is voor het activeren van het aangeboren immuunsysteem. Het is een transmembraaneiwit van ongeveer 95 kDa en wordt gecodeerd door het gen TLR4. Toll-like receptor 4 detecteert lipopolysachariden op de buitenmembraan van gram-negatieve bacteriën. TLR4 wordt ook aangeduid met CD284. Het was de eerst ontdekte lid van de Toll-like receptor-familie.
De receptor komt tot expressie op verschillende aangeboren immuuncellen, zoals macrofagen en dendritische cellen, die als taak hebben om bacteriële infecties te signaleren. De receptor komt ook in lagere niveaus tot expressie op het oppervlak van epitheelcellen, de placenta en bètacellen. Binding van LPS, een celwandcomponent van diverse bacteriën, zorgt ervoor dat via de receptor een intracellulaire signaalreactie in gang wordt gezet, waardoor de immuunrespons start. Er zijn ook enkele endogene liganden bekend voor TLR4, zoals het inflammatoire eiwit HMGB1, dat vrijkomt bij celschade. Mutaties in TLR4 kunnen leiden tot verminderde reactie op LPS.