Los núcleos supraquiasmáticos (NSQ) del hipotálamo contienen el marcapasos circadiano que coordina los ritmos mamíferos en sintonía con el ciclo día-noche. Comprender los determinantes de la ritmicidad intrínseca de este reloj biológico, sus salidas y el reajuste por señales ambientales, ha sido un objetivo de larga data en el campo. Las técnicas integradas de neurofisiología, incluidos los estudios de lesiones y la electrofisiología multiunidad in vivo, han sido clave para caracterizar la naturaleza rítmica y las salidas de los NSQ en modelos animales. Paralelamente, los enfoques reducidos ex vivo e in vitro nos han permitido desentrañar los mecanismos moleculares, celulares y multicelulares que subyacen a las propiedades de marcapasos de los NSQ. En los últimos años han surgido nuevas preguntas que requerirán combinar la investigación a nivel celular dentro del contexto fisiológico del animal vivo: ¿Cuál es el papel de subpoblaciones celulares específicas en la red neuronal de los NSQ? ¿Cómo integran diversas entradas externas e internas? ¿Cuáles son los circuitos involucrados en el control de otros ritmos corporales? Aquí, revisamos lo que ya hemos aprendido sobre los NSQ a partir de estudios in vivo, y cómo el reciente desarrollo de nuevas herramientas genéticamente codificadas y tecnología de imagen de vanguardia en neurociencia ofrece a los cronobiólogos la oportunidad de enfrentar estos desafíos.