Chemické posly se vážou na metabotropní receptory a iniciují rozmanité účinky způsobené biochemickými signálními kaskádami. Všechny receptory spřažené s G proteiny jsou metabotropní receptory. Když se na receptor spřažený s G proteinem naváže ligand, protein vázající guaninový nukleotid neboli G protein aktivuje kaskádu druhého posla, která může změnit transkripci genů, regulovat jiné proteiny v buňce, uvolnit intracelulární Ca2+ nebo přímo ovlivnit iontové kanály na membráně. Tyto receptory mohou zůstat otevřené od několika sekund do několika minut a jsou spojeny s dlouhodobými účinky, jako je modifikace synaptické síly a modulace krátkodobé a dlouhodobé synaptické plasticity.
Metabotropní receptory mají rozmanité ligandy, mimo jiné: malé molekuly transmiterů, monoaminy, peptidy, hormony a dokonce i plyny. Ve srovnání s rychle působícími neurotransmitery nejsou tyto ligandy znovu přijímány nebo rychle degradovány. Mohou také vstupovat do oběhového systému a globalizovat tak signál. Většina metabotropních ligandů má jedinečné receptory. Mezi příklady patří: metabotropní glutamátové receptory, muskarinové acetylcholinové receptory, receptory GABAB.
.