光遗传学系统能够实现在同一细胞上既表达激活神经元的光敏感蛋白，也表达抑制神经元的光敏感蛋白。倘若对某一目标细胞群体而言，激活时能实现某一功能，而抑制时这一功能不再出现，则意味着，这一目标细胞群体与研究的神经系统功能之间存在着直接的因果关系。
高空间精度-细胞类型特异性：
光遗传学手段在技术上，可以实现对特异目标细胞的针对性激活/抑制。这种准确操纵建立在光敏感蛋白在目标神经元群体上的特异性表达的基础上。
比如一些研究使用DIO(’double-floxed’inverted open reading frame)病毒载体实现Cre-loxP在目标细胞群体上的的高特异性和表达度。Cre(CreRecombinase enzyme)是一种在产业上已经实现在所需神经元群体上特异性表达的重组酶。Cre可以识别两个反向的LoxP序列，将其中的逆向目标导入序列颠倒，成为正常表达的序列，在目标细胞中表达。因此，只有具有Cre重组酶的细胞才可以将经由病毒导入的序列表达出来，而现有的基因工程技术已经实现，在鼠内，Cre重组酶在所需的目标细胞种类中特异性表达。
高时间准确度：
对于脑的神经过程而言，许多过程以毫秒为单位。而光遗传学的光照刺激在时间精度上，可以实现毫秒级的准确调控。另外，在突触上的离子传感器具有较高的毫秒级时间精度，能以较高的精度反映出突触电位的变化。钙离子传感器(如Aequorin、Cameleon与GCaMP)、氯离子传感器(Clomeleon)或者膜电压传感器(Mermaid)具有较高的时间精度，已被研究者证实可实现活体单放电行波敏感度(single-spikesensitivity)(H?usser,2014)。
其他的应用前景：
对于不在表面的深部脑区，为了传送光照刺激，光遗传学手段往往会对研究对象造成一定的损伤，在一定程度上有侵入性(invasive)。因此有研究者将视角投向受声音激活的通道蛋白，即声遗传学(sonogenetics)。Ibsen等人(2015)以低压力的超声波为非侵入性手段，激活了对于超声波特异性敏感的线虫神经元。另外，也有研究者提出了磁遗传学(magnetogenetics)的概念，探索和开发具有非侵入性特性的磁敏感蛋白，使其激活或抑制神经元(Leibiger & Berggren，2015)。
另外，在现阶段，将光遗传学手段直接应用于人有诸多技术和伦理限制。因此有研究者将视野投向脑机口。Folcher等人(2015)的研究中，人脑的状态被EEG记录并解析，通过无线装置，转换成光信号，成功地控制了被导入光敏感通道蛋白的鼠的神经。这一技术在生物反馈治疗患者的精神疾患上有较大前景。在不久的将来，患者的心理状态可能将被反映在脑补植入物的物质分泌量上，从而实现精神疾病的准确给药。
