Debido a que muchos ligandos de unión de receptores son hidrófilos, no cruzan la membrana celular y por lo tanto su mensaje debe ser transmitido a un segundo mensajero en el interior. Hay varias segundas vías de mensajería, cada una con su propia forma de transmitir información. Los receptores acoplados a la proteína G pueden activar tanto la vía del fosfoinositol como la del AMP cíclico (cAMP) como segundo mensajero. La trayectoria fosfoinositol es activa cuando el receptor induce fosfolipasa C para hidrolizar el fosfolípido, fosfatidylinositol bifosfato (PIP₂), en dos segundos mensajeros: diacilglice (DAG) y trifosfato de inositol (IP₃). DAG permanece cerca de la membrana celular y activa la proteína quinasa C (PKC). IP₃ se transloca al retículo endoplasmático (ER) y se convierte en el ligando de apertura para los canales de iones de calcio en la membrana ER, liberando calcio en el citoplasma.

En la vía cAMP, el receptor activado induce adenilato ciclasa para producir múltiples copias de campo de moléculas cercanas de trifosfato de adenosina (ATP). cAMP puede estimular la proteína quinasa A (PKA), abrir canales de iones de calcio e iniciar la enzima-proteína de intercambio activada por cAMP (Epac).

Similar a cAMP, es el monofosfato de guanosina cíclico. cAMP se sintetiza a partir de moléculas de trifosfato de guanosina (GTP) cuando se activa la guanylyl ciclasa. Como segundo mensajero, cGMP induce la proteína quinasa G (PKG). La PKG tiene muchas funciones superpuestas de la PKA, sin embargo, la expresión de PKG está restringida a los tejidos vasculares, los pulmones y el cerebro.

El trifosfato de silinositol (PIP₃) es un segundo mensajero derivado de la fosforilación de PIP_2. Este evento se desencadena cuando los factores de crecimiento unen el receptor de tirosina quinasa (RTK) receptor. PIP₃ recluta Akt (también conocido como proteína quinasa B) a la membrana. Esta quinasa está íntimamente involucrada en la regulación de las vías de supervivencia celular, incluyendo la proliferación, la apoptosis y la migración.