มีโมเลกุลส่งสัญญาณที่สอง 3 ประเภทหลัก ๆ คือ

• โมเลกุลไฮโดรโฟบิก/กลัวน้ำ เป็นโมเลกุลที่ละลายน้ำไม่ได้เช่น diacylglycerol และ phosphatidylinositol ซึ่งอยู่ที่เยื่อหุ้มเซลล์ และแพร่จากเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในช่องระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ (intermembrane space) ที่มันสามารถเข้าถึงและควบคุมโปรตีนปฏิบัติงาน (effector protein) ซึ่งอยู่ที่เยื่อหุ้มเซลล์เช่นกัน
• โมเลกุลชอบน้ำ เป็นโมเลกุลที่ละลายน้ำได้และอยู่ในไซโตซอลของเซลล์ เช่น cAMP, cGMP, IP3, และ Ca2+
• แก๊ส ไนตริกออกไซด์ (NO) คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ซึ่งสามารถแพร่ผ่านทั้งไซโตซอลและเยื่อหุ้มเซลล์

โมเลกุลส่งสัญญาณภายในเซลล์เช่นนี้มีคุณสมบัติบางอย่างที่เหมือนกันรวมทั้ง

• สามารถสังเคราะห์ หลั่งออก แล้วต่อมาสลายอีกโดยปฏิกิริยาเนื่องด้วยเอนไซม์หรือช่องไอออนโดยเฉพาะ ๆ
• บางอย่าง (เช่น Ca2+) สามารถเก็บไว้ในออร์แกเนลล์พิเศษทำให้เซลล์สามารถหลั่งได้อย่างรวดเร็วเมื่อจำเป็น
• การผลิต/ปล่อยและการสลายสามารถจำกัดบริเวณ ทำให้เซลล์สามารถจำกัดพื้นที่และเวลาในการส่งสัญญาณ