Se trabaja en la búsqueda de la naturaleza y función de genes y proteínas que participen en la actividad del reloj. Los principales modelos son ratones, las moscas de la fruta, plantas (Arabidopsis) y hongos (Neusropora).

Todavía no se cuentan con los conocimientos necesarios para la reconstrucción molecular del reloj circadiano y la explicación precisa de sus partes, sin embargo, los resultados de diversos trabajos permiten hacer algunas generalizaciones:

· El reloj está vinculado con asas de retroalimentación moleculares que involucran genes no esenciales cuyas funciones solo tienen que ver con la función de "guardar el tiempo".

· Es posible que la capacidad circadiana de medir el tiempo haya surgido en más de una ocasión durante el curso de la evolución, sin embargo plantas, hongos y animales comparten elementos y componentes similares en el ensamblaje y operación de sus relojes por lo que es posible que compartan un ancestro común.

Algunos de los elementos comunes en las asas de retroalimentación de transcripción/traducción asociadas al reloj se encuentran los genes y sus productos: WC1, WC2, FRQ en Neurospora, CLK, CYC, PER y TIM en Drosophila, CLOCK, BMAL1, CRY1 y CRY2 en mamíferos,. A partir de los trabajos moleculares se han podido postular explicaciones incompletas, pero plausibles sobre las generación del período y sustentabilidad del ritmo, así como la sincronización por luz y temperatura sobre el sistema circadiano, las compuertas de entrada de la luz y sus efectos (Loros y Dunlap, 2001). Como ejemplo de las asas moleculares de retroalimentación del reloj está el modelo de Drosophila:

Durante el día CRY media la degradación de TIM bajo la influencia de la luz, PER es fosforilado por DBT lo que lo mantiene inestable, la transcripción de tim y per se incrementa y durante la noche temprana TIM se empieza a acumular en el citoplasma hasta que alcanza una concentración crítica, interactúa con PER y forman un complejo PER-TIM que estabiliza a PER, este complejo es traslocado al núcleo hacia la media noche donde produce una disminución en la transcripción de per y tim, y estimula a dClock, cry y cyc. Posteriormente, PER y TIM son fosforilados y degradados en el núcleo, así se suprime la autorepresión de per y tim. El incremento en la transcripción durante la mañana tardía precede la siguiente acumulación de PER y TIM en el citoplasma (Edery, 1999).

Estudios de anatomía y electrofisiología en mamiferos que ayuden a entender cómo se genera el ritmo en este órgano que continúa expresandolo aislado o en cultivo y que al ser tranplantado a animales arritmicos restaura ritmos conductuales. La información proveniente de la retina es necesaria para la sincronización al ciclo noche-día y las provenientes del intergeniculado del talamico, y del núcleo del rafe, lo son para la sincronización por ejercicio y actividad. Parte de la investigación que se hace es la búsqueda de los neurotransmisores y hormonas que modulan estas respuestas así como su acción a nivel molecular y su influencia sobre otras partes del cerebro. Algunos estudios de transplantes parecen ser importantes para comprender como la organización temporal regula procesos de envejecimiento y enfermedad.

La luz es uno de los sincronizadores más importates y recientemente se han descrito cómo se lleva a cabo la sincronización en humanos y cómo afecta en fenómenos como el jet-lag.

Lods osciladores circadianos pueden servir como relojes a los que se consulta frecuentemente y permiten a ciertas especies viajar utilizando claves celestes. Este concepto de reloj consultado se ha incorporado en modelos de aprendizaje y cognición animal ya que diversos estudios empíricos indican que los animales tienen un sentido del tiempo que les permite discriminar la hora del día (fase circadiana) sin la ayuda de claves ambientales y recordar la

fase circadiana en la que previemente ocurrieron eventos importantes (como obtención de alimento). Se ha propuesto que para recordar todos estos eventos se incluye en la memoria un índice de fases circadianas que se usa

En muchos laboratorios de diversos países se estudia el uso de la luz y estímulos no fóticos para modificar o sincronizar los ritmos en humanos, usualmente para remediar alteraciones en el ciclo actividad-sueño después del jet-lag o cambios de turno de trabajo. También se trabaja en problemas de insomnio y desórdenes afectivos estacionales. Se ha aumentado el trabajo en investigación de los ritmos circadianos en áreas médicas como enfermedad cardiovascular, obesidad y quimioterapia.

Existen muchas especies que se han usado clásicamente para el estudio de los ritmos. Actualmente las investigaciones van encaminadas a entender la organización de los sistemas circadianos en el sistema circadiano de insectos como la mosca de la fruta, cucarachas, grillos y escarabajos entre otros, aprovechando la menor complejidad de su sistema nervioso. Otros artrópodos como los crustáceos son modelos de estudio del fenómeno del fotoperiodismo y ritmos diferentes a los circadianos, como los ritmos circamareales. En particular, el amplio conocimiento que se tiene de la organización nerviosa de crustáceos como los cangrejos de río o acociles permite realizar experimentos para localizar el marcapasos y entender la regulación neuroendocrina que subyace a los mecanismos de sincronización interna del animal.

Se emplean modelos tanto de vertebrados (como ratas y ratones) como de invertebrados como los acociles para estudiar el problema de la organización circadiana a lo largo del desarrollo. Este enfoque permite seguir desde su origen ontogénico las estructuras y funciones de los relojes biológicos y entender su relación temprana con las señales ambientales períodicas. También es posible estudiar el fenómeno de la sincronización materno-fetal.