第二信使在細胞信號轉導中起著至關重要的作用，它們是胞內信號分子，負責將細胞表面的受體接受的細胞外信號轉換為細胞內信號。這些信號分子能夠增強、分化、整合信息，並將其傳遞給效應器，從而發揮特定的生理功能或藥理效應。
第二信使的種類包括環磷酸腺苷(cAMP)、環磷酸鳥苷(cGMP)、二醯甘油(DG)、三磷酸肌醇(IP3)等。它們通過其濃度的變化（增加或減少）來應答胞外信號與細胞表面受體的結合，調節胞內酶的活性和非酶蛋白的活性。第二信使在細胞內的濃度受第一信使（如激素、神經遞質等）的調節，它們能夠瞬間升高並快速降低，從而調節細胞內代謝系統的酶活性，控制細胞的生命活動，包括葡萄糖的攝取和利用、脂肪的儲存和移動以及細胞產物的分泌。此外，第二信使還控制細胞的增殖、分化和生存，並參與基因轉錄的調節。
第二信使的作用方式主要有兩種：直接作用和間接作用。直接作用如Ca2+能直接與骨骼肌的肌鈣蛋白結合引起肌肉收縮。間接作用則是通過活化蛋白激酶，誘導一系列蛋白質磷酸化，最後引起細胞效應。這種信號放大和傳遞機制確保了細胞能夠對外界信號作出敏感和精確的反應。