Chemiczne posłańcy wiążą się z receptorami metabotropowymi, aby zainicjować różnorodność efektów spowodowanych przez biochemiczne kaskady sygnalizacyjne. Wszystkie receptory sprzężone z białkiem G są receptorami metabotropowymi. Kiedy ligand wiąże się z receptorem sprzężonym z białkiem G, białko wiążące nukleotyd guaninowy lub białko G aktywuje kaskadę drugiego przekaźnika, która może zmienić transkrypcję genów, regulować inne białka w komórce, uwalniać wewnątrzkomórkowe Ca2+ lub bezpośrednio wpływać na kanały jonowe na błonie. Receptory te mogą pozostawać otwarte od sekund do minut i są związane z długotrwałymi efektami, takimi jak modyfikowanie siły synaptycznej i modulowanie krótko- i długoterminowej plastyczności synaptycznej.
Receptory metabotropowe mają różnorodność ligandów, w tym, ale nie tylko: małe molekuły transmiterów, monoaminy, peptydy, hormony, a nawet gazy. W porównaniu z szybko działającymi neurotransmiterami, ligandy te nie są szybko pobierane ponownie lub degradowane. Mogą one również przedostawać się do układu krwionośnego w celu globalizacji sygnału. Większość ligandów metabotropowych ma unikalne receptory. Niektóre przykłady to: metabotropowe receptory glutaminianowe, muskarynowe receptory acetylocholinowe, receptory GABAB.
.