Como muitos ligandos que se ligam a receptores são hidrofílicos, eles não atravessam a membrana celular e, portanto, a sua mensagem deve ser transmitida a um segundo mensageiro no interior. Existem várias vias de segundos mensageiros, cada uma com a sua própria maneira de transmitir informações. Receptores acoplados a proteína G podem ativar as vias dos mensageiros fosfoinositol e AMP cíclico (cAMP). A via do fosfoinositol é ativada quando o receptor induz fosfolipase C a hidrolisar o fosfolipídio, fosfatidilinositol bifosfato (PIP₂), em dois segundos mensageiros: diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato (IP₃). O DAG permanece perto da membrana celular e ativa a proteína quinase C (PKC). O IP₃ é translocado para o retículo endoplasmático (ER) e torna-se no ligando de abertura para canais iónicos de cálcio na membrana do ER - libertando cálcio no citoplasma.

Na via do cAMP, o receptor ativado induz a adenilato ciclase a produzir múltiplas cópias de cAMP a partir de moléculas proximais de trifosfato de adenosina (ATP). cAMP pode estimular a proteína quinase A (PKA), abrir canais iónicos de cálcio e iniciar a enzima - proteína de troca ativada por cAMP (Epac).

Semelhante ao cAMP, é o monofosfato cíclico de guanosina (cGMP). cGMP é sintetizado a partir de moléculas de trifosfato de guanosina (GTP) quando a guanilato ciclase é ativada. Como segundo mensageiro, o cGMP ativa a proteína quinase G (PKG). A PKG tem muitas funções sobrepostas com a PKA, no entanto a expressão de PKG é restrita a tecidos vasculares, pulmões e cérebro.

O fosfatidilinositol trifosfato (PIP₃) é um segundo mensageiro derivado da fosforilação de PIP₂. Este evento é desencadeado quando fatores de crescimento se ligam ao receptor da tirosina quinase (RTK). PIP₃ recruta Akt (também conhecida como proteína quinase B) para a membrana. Essa quinase está intimamente envolvida na regulação de vias de sobrevivência celular, incluindo proliferação, apoptose e migração.