Wprowadzając światłoczułe kanały jonowe lub pompy jonowe do określonych neuronów, naukowcy mogą włączać lub wyłączać te komórki za pomocą krótkich impulsów światła. Metoda ta, znana jako optogenetyka, łączy celowanie genetyczne z kontrolą optyczną i zrewolucjonizowała badania obwodów neuronalnych.

Rodopsyny kanałowe depolaryzują neurony pod wpływem światła niebieskiego; halorodopsyny i pokrewne pompy hiperpolaryzują je światłem żółtym lub zielonym. Ponieważ opsyny mogą być ekspresjonowane pod wpływem promotorów specyficznych dla danego typu komórek, można kontrolować określone populacje z precyzją milisekundową, nie wpływając na otaczające komórki. Światłowody lub mikrodiody LED dostarczają światło nawet do głębokich struktur u swobodnie poruszających się zwierząt.

Optogenetyka została wykorzystana do identyfikacji obwodów wystarczających do realizacji określonych zachowań, do testowania konieczności wyciszania oraz do badania wymagań czasowych kodów neuronowych. Trwają badania kliniczne nad zastosowaniem tej techniki w takich schorzeniach, jak ślepota i niektóre zaburzenia ruchowe. Siła tej techniki tkwi w połączeniu swoistości komórkowej i wysokiej rozdzielczości czasowej.

Pojedynczy błysk światła może teraz ujawnić przyczynowy udział precyzyjnie zdefiniowanej populacji neuronów.