Kemialliset sanansaattajat sitoutuvat metabotrooppisiin reseptoreihin käynnistääkseen erilaisia biokemiallisten signaalikaskadien aiheuttamia vaikutuksia. G-proteiinikytkentäiset reseptorit ovat kaikki metabotrooppisia reseptoreita. Kun ligandi sitoutuu G-proteiinikytkentäiseen reseptoriin, guaniininukleotidia sitova proteiini eli G-proteiini aktivoi toisen viestinviejän kaskadin, joka voi muuttaa geenien transkriptiota, säädellä muita proteiineja solussa, vapauttaa solunsisäistä Ca2+:a tai vaikuttaa suoraan kalvon ionikanaviin. Nämä reseptorit voivat pysyä auki sekunneista minuutteihin, ja niihin liittyy pitkäaikaisia vaikutuksia, kuten synaptisen voimakkuuden muuttaminen ja lyhyt- ja pitkäaikaisen synaptisen plastisuuden modulointi.
Metabotrooppisilla reseptoreilla on monenlaisia ligandeja, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen: pienimolekyylisiä lähettimiä, monoamiineja, peptidejä, hormoneja ja jopa kaasuja. Verrattuna nopeasti vaikuttaviin neurotransmittereihin nämä ligandit eivät oteta uudelleen käyttöön tai hajoa nopeasti. Ne voivat myös kulkeutua verenkiertojärjestelmään signaalin globalisoimiseksi. Useimmilla metabotrooppisilla ligandeilla on ainutlaatuiset reseptorit. Esimerkkejä ovat: metabotrooppiset glutamaattireseptorit, muskariiniset asetyylikoliinireseptorit, GABAB-reseptorit.