第二信使分子是細胞內信號轉導的關鍵組成部分，它們在回響胞外信號（如激素或神經遞質）時發揮作用。這些分子或離子在細胞內傳遞信號，調節酶活性和非酶蛋白活性，從而影響細胞的生命活動。第二信使包括但不限於以下幾種：
環腺苷酸(cAMP)。一種重要的第二信使，參與多種細胞內信號轉導過程。
環鳥苷酸(cGMP)。與cAMP類似，也是細胞內信號轉導的重要分子。
三磷酸肌醇(IP3)。能夠釋放細胞內儲存的鈣離子，從而影響細胞內鈣離子的濃度。
甘油二酯(DAG)。一種脂類衍生物，參與多種信號轉導途徑。
鈣離子(Ca²⁺)。作為第二信使，在細胞內信號轉導中扮演著重要角色。
一氧化氮(NO)。作為一種氣體信號分子，參與多種生理和病理過程。
第二信使的濃度或分布可以在外源信號的作用下迅速改變，它們的變化可以增強、分化、整合併傳遞信號，從而發揮特定的生理功能或藥理效應。這些分子的作用方式包括直接作用，如鈣離子能直接與骨骼肌的肌鈣蛋白結合，引起肌肉收縮；間接作用，例如通過活化蛋白激酶誘導一系列蛋白質磷酸化，最終引起細胞效應。