Optogenetikk introduserer lysfølsomme proteiner i målceller, noe som muliggjør presis optisk kontroll av membranpotensial under spesifikk belysning. Denne tilnærmingen tillater manipulering av individuelle celler eller nevrale kretser på millisekundskala, og gir et kraftig verktøy for å studere nevrale kretsfunksjoner, sykdomsmekanismer og medikamenteffekter. Bruksområder inkluderer disseksjon av krets-atferdsforhold innen nevrovitenskap, undersøkelse av nevrologiske lidelser som epilepsi og Parkinsons sykdom, og modellering av hjerteelektrofysiologi og arytmier.

Optogenetiske eksperimenter kombinerer ofte vidfeltsfluorescens, to-fotonmikroskopi eller fiberoptiske stimuleringsplattformer. Disse studiene krever romlig presis målretting av celler eller kretser samtidig som de dynamisk fanger opp rask elektrisk aktivitet, noe som stiller ekstremt høye krav til både romlig og tidsmessig oppløsning i bildesystemer.