Втора́я сигна́льная систе́ма — свойственная человеку система условно-рефлекторных связей, формирующихся при воздействии речевых сигналов, то есть не непосредственного раздражителя, а его словесного обозначения. Вторая сигнальная система возникает на базе первой сигнальной системы в процессе общения между людьми. Понятие о второй сигнальной системе ввел И.П. Павлов (1932) для определения принципиальных различий в работе головного мозга животных и человека. Мозг животного отвечает только на непосредственные раздражения (зрительные, звуковые) или их следы. Возникающие ощущения составляют первую сигнальную систему действительности. Человек обладает, помимо этого, способностью обобщать словом сигналы первой сигнальной системы. При этом слово, по выражению И.П. Павлова, становится сигналом сигналов. Анализ и синтез, осуществляемый корой больших полушарий головного мозга, в связи с наличием второй сигнальной системы касается уже не только отдельных конкретных раздражителей, но и их обобщений, представленных в словах. Вторая сигнальная система возникла в процессе эволюции. Первая и вторая сигнальные системы представляют собой различные уровни единой высшей нервной деятельности, но вторая сигнальная система играет ведущую роль. Формирование второй сигнальной системы происходит только под влиянием общения человека с другими людьми, то есть определяется не только биологическими, но и социальными факторами.
В связи с тем, что для человека характерно совместное действие первой и второй сигнальных систем, И.П. Павлов предложил выделять специфически человеческие типы высшей нервной деятельности по преобладанию той или иной системы. Соответственно, художественный тип был определен как имеющий преобладание первой сигнальной системы, мыслительный — преобладание второй сигнальной системы, а средний — как уравновешенный по этому признаку. Для полноценного развития личности необходимо своевременное и правильное развитие обеих сигнальных систем. В ходе изучении второй сигнальной системы сначала происходило накопление фактов, а затем объяснение нервных механизмов действия слова. Было установлено, что процесс обобщения словом развивается как результат выработки системы условных связей и при этом имеет значение не только количество связей, но и их характер: связи, выработанные во время деятельности ребёнка, облегчают процесс обобщения. При воздействии словесных сигналов наблюдаются стойкие изменения возбудимости, большая сила, частота и длительность электрических разрядов в нервных клетках определенных пунктов коры мозга. Развитие второй сигнальной системы — результат деятельности всей коры больших полушарий; связать этот процесс с функцией ограниченного отдела мозга невозможно.