Mesagerii chimici se leagă de receptorii metabotropici pentru a iniția o diversitate de efecte cauzate de cascadele de semnalizare biochimică. Receptorii cuplați cu proteina G sunt toți receptori metabotropi. Atunci când un ligand se leagă de un receptor cuplat cu proteina G, o proteină de legare a nucleotidelor de guanină, sau proteina G, activează o cascadă de mesageri secundari care poate modifica transcrierea genelor, poate regla alte proteine din celulă, poate elibera Ca2+ intracelular sau poate afecta direct canalele ionice de pe membrană. Acești receptori pot rămâne deschiși de la câteva secunde la câteva minute și sunt asociați cu efecte de lungă durată, cum ar fi modificarea rezistenței sinaptice și modularea plasticității sinaptice pe termen scurt și lung.
Receptorii metabotropi au o diversitate de liganzi, incluzând, dar fără a se limita la: transmițători cu molecule mici, monoamine, peptide, hormoni și chiar gaze. În comparație cu neurotransmițătorii cu acțiune rapidă, acești liganzi nu sunt preluați din nou sau degradați rapid. De asemenea, ei pot intra în sistemul circulator pentru a globaliza un semnal. Majoritatea liganzilor metabotropi au receptori unici. Câteva exemple includ: receptorii metabotropi ai glutamatului, receptorii muscarinici ai acetilcolinei, receptorii GABAB.
.