Desenvolupada principalment en el camp de la neurociència, l’optogenètica permet actuar amb una gran precisió espacial i temporal sobre tipus cel·lulars definits genèticament, especialment neurones, i estudiar-ne la funció en organismes vius. Es basa en la introducció en aquestes cèl·lules de gens que codifiquen proteïnes sensibles a la llum, principalment opsines microbianes. Entre les més utilitzades hi ha les canalrodopsines, que actuen com a canals iònics activats per la llum. Quan són irradiades amb llum d’una determinada longitud d’ona, poden modificar en pocs mil·lisegons el flux d’ions a través de la membrana cel·lular i, consegüentment, activar o inhibir l’activitat elèctrica de les cèl·lules seleccionades.
Els fonaments de l’optogenètica deriven de l’estudi de proteïnes fotosensibles de microorganismes. El 2002 Peter Hegemann, Georg Nagel i els seus col·laboradors identificaren funcionalment la canalrodopsina 1 (channelrhodopsin-1, ChR1) de l’alga verda Chlamydomonas reinhardtii, i l’any següent caracteritzaren la canalrodopsina 2 (ChR2) i demostraren que podia despolaritzar cèl·lules de mamífer mitjançant la llum. El 2005 diversos grups demostraren l’aplicabilitat de la ChR2 al control de l’activitat neuronal; entre aquests treballs fou especialment determinant el desenvolupat al laboratori de Karl Deisseroth a la Universitat de Stanford. Aquesta data és considerada habitualment una fita en el naixement de l’optogenètica moderna aplicada a la neurociència. El 2026 Deisseroth, Hegemann i Nagel foren guardonats amb el premi Nobel de fisiologia o medicina pels seus descobriments en aquest àmbit, fonamentals per al desenvolupament de l’optogenètica.
La combinació de marcadors genètics i sistemes òptics permet seleccionar poblacions neuronals concretes i estudiar la relació entre la seva activitat i determinades funcions fisiològiques o conductes. Això ha permès estudiar amb gran precisió els circuits neuronals relacionats, entre d’altres, amb la percepció, el moviment, la memòria, el son, la por, els mecanismes de recompensa i el dolor.
L’optogenètica ha esdevingut una eina fonamental de la neurociència experimental i posteriorment se n’ha estès l’aplicació a altres camps de la biologia cel·lular. També s’investiga la possibilitat d’utilitzar-ne els principis amb finalitats terapèutiques, entre altres àmbits en la restauració de determinades funcions visuals, el control del dolor i la medicina regenerativa, si bé aquestes aplicacions presenten dificultats tècniques i de seguretat i tenen un grau de desenvolupament diferent de l’ús de l’optogenètica com a eina experimental.