胞外化学信号（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，导致产生胞内信号（第二信使），从而引发靶细胞内一系列生化反应，最后产生一定的生理效应，第二信使的降解使其信号作用中止。
第二信使指在胞内产生的非蛋白质类小分子，通过其浓度变化应答胞外信号与细胞表面受体的结合，调节细胞内酶和非酶蛋白的活性，从而在细胞信号转导途径中行使携带和放大信号的功能。
第二信使例子
cAMP、cGMP、Ca2+、二酰甘油（DAG）、肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）和3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）
胞内蛋白（依赖于细胞外信号的刺激）
GTPase分子开关调控蛋白构成的细胞内GTPase超家族
通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化，通过蛋白磷酸水解酶使靶蛋白去磷酸化
钙调蛋白（CaM）可通过与Ca2+的结合或解离分别处于活化或失活
GTPase分子开关调控蛋白构成的细胞内GTPase超家族
鸟苷酸结合蛋白结合GTP时活化状态，结合GDP失活状态
鸟苷酸交换因子（GEF），促进活化（引起GDP从开关调控蛋白释放）
GTPase促进蛋白（GAP）和G蛋白信号调节因子（RGS）促进GTP水解，鸟苷酸解离抑制蛋白（GDI）抑制GTP水解速度
