光遺傳學融合了光學及遺傳學技術，通過遺傳學方法將合適的外源光敏感蛋白靶向導入特定活細胞，利用特定波長的光照刺激光敏蛋白，調控神經元的活性，進而控制細胞乃至動物行為的開關。
1、光遺傳學技術研究方法
①尋找合適的光敏蛋白。
光敏蛋白（也稱為視蛋白）是細胞膜上能夠感受某一波長光照刺激而產生特定效應的一類膜蛋白，分為激活型和抑制型兩種，能夠引起神經元興奮或抑制。
根據其組成成分，光敏感蛋白可以分為單成分視蛋白即Ⅰ型光敏感蛋白和多成分視蛋白即Ⅱ型光敏感蛋白。Ⅰ型光敏感蛋白可以獨立完成光感和離子運輸應用更為廣泛，主要包括光敏感通道視紫紅質(ChR)、嗜鹽菌視紫紅質(HR)和細菌視紫紅質(BR)等。
①ChR2 由475 nm的藍光激活，是陽離子選擇性通道，允許陽離子（如Na+）大量內流，產生動作電位，使神經元處于興奮狀態。此外，ChR的不同變體也已被開發，包括CatCh、ChIEF、ChETA和VChR1等。
②NpHR 氯泵，在593 nm的黃光激活下會將氯離子打進神經元內，而抑制神經元活動。③Arch 質子泵，在575 nm處被黃光或綠光激活，將帶正電的質子轉移到細胞外。在特定條件下，可用于增加細胞內pH或減少細胞外基質的pH。
②將光敏蛋白基因轉運到靶細胞內，從而實現靶細胞中光敏蛋白基因的穩定表達。這是光遺傳學技術的關鍵。
通常通過病毒轉染、Cre-依賴的表達體系或構建轉基因動物等方式，將體外合適的光敏蛋白基因靶向導入到受體活細胞中。目前光遺傳學研究中廣泛應用的方法為借助病毒載體輸送光敏蛋白基因，腺相關病毒（AAV）載體憑借其低免疫原性及高組織特異性，并且無致病性等優勢，在光遺傳研究中更具吸引力。
③給予光刺激使光敏蛋白激活。
通過導入光纖，控制激光實現對神經元活動的精確控制。
④觀察光刺激后的動物行為并記錄信號。
觀察光照刺激對細胞、組織、器官，甚至整個動物的影響，并記錄信號進行效應評估。
2、光遺傳學技術的優勢
相比于傳統的藥物注射和電刺激等手段，光遺傳學技術特異性更強，靈敏性更好，毒性更低、其時間準確度可達到毫秒范圍，在空間上可實現對單一細胞甚至亞細胞范圍的精確控制。