第二信使學說是E.W.薩瑟蘭於1965年首先提出。他認為人體內各種含氮激素（蛋白質、多肽和氨基酸衍生物）都是通過細胞內的環磷酸腺苷(cAMP)而發揮作用的。首次把cAMP叫做第二信使，激素等為第壹信使。已知的第二信使種類很少，但卻能轉遞多種細胞外的不同信息，調節大量不同的生理生化過程，這說明細胞內的信號通路具有明顯的通用性。
將作用於細胞膜的信息傳遞到細胞內，使之產生生理效應的細胞內信使，稱為第二信使。
細胞表面受體接受細胞外信號後轉換而來的細胞內信號稱為第二信使,而將細胞外的信號稱為第壹信使(first messengers) 。
第二信使的作用方式 壹般有兩種:①直接作用。如Ca能直接與骨骼肌的肌鈣蛋白結合引起肌肉收縮;②間接作用。這是主要的方式，第二信使通過活化蛋白激酶，誘導壹系列蛋白質磷酸化，最後引起細胞效應。
第二信使至少有兩個基本特性:
①是第壹信使同其膜受體結合後最早在細胞膜內側或胞漿中出現、僅在細胞內部起作用的信號分子；②能啟動或調節細胞內稍晚出現的反應信號應答。
第二信使都是小的分子或離子。細胞內有五種最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油(diacylglycerol,DAG)、1,4,5-三磷酸肌醇(inosositol1,4,5-trisphosphate,IP3)、Ca2+ 等。
第二信使在細胞信號轉導中起重要作用，它們能夠激活級聯系統中酶的活性,以及非酶蛋白的活性。第二信使在細胞內的濃度受第壹信使的調節,它可以瞬間升高、且能快速降低,並由此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。第二信使也控制著細胞的增殖、分化和生存,並參與基因轉錄的調節。