Las moléculas pueden alternar entre dos estados en respuesta a cambios en, por ejemplo, el pH, la luz, la temperatura, una corriente eléctrica, el micro-contexto, o por la presencia de un ligando.
En algunos casos, se emplea una combinación de estímulos para generar estados análogos a encendido y apagado.
El primer interruptor molecular se le atribuye a James Tour y Mark Reed.
Cada estado presenta un máximo de absorción específico que puede ser determinado mediante espectroscopía UV-Visible.
[4] El fenómeno de la fotoisomerización cis-trans ocurre cuando se irradia una molécula con un doble enlace con luz a determinada longitud de onda, comúnmente UV, y se observa una conversión del isómero trans al cis, o viceversa.
[8][4] El uso de una corriente eléctrica o potencial como estímulos que activen un interruptor molecular, no ha sido tan profundamente estudiado como el caso anterior.
[10] Los interruptores moleculares de tipo fotoquímicos E/Z ha sido usados para convertir la energía luminosa en movimiento mecánico a nivel molecular.
Los interruptores fotoquímicos en uniones químicas con biomoléculas, pueden ser utilizados como instrumento de diagnóstico en combinación con la luz.