В процессе развития второй сигнальной системы ребенок вначале овладевает глубинными структурами языка, которые характеризуются немногочисленными правилами построения. Их деятельность приводит в основном к репродукции, воспроизведению зафиксированных ранее следов. Вероятно, на этом уровне ребенок усваивает основные значения слов. Эти структуры служат как бы промежуточным звеном как для перехода от мысли к речи и формированию развернутого речевого высказывания, так и для перехода от развернутой речи к мысли. Предполагается, что формирование этих элементов происходит с включением различных отделов мозга, и в частности верхней височной (21-е и 22-е архитектонические поля по Бродману), теменно-затылочной (поля 37, 39, 40) и лобной (поля 44 и 45) областей.

По мере усвоения языка и накопления жизненного опыта формируется следующий уровень второй сигнальной системы. На этом уровне базовые элементы объединяются множественными временными связями, образуя сложную вербальную сеть или «семантические поля». На этом уровне каждое слово возбуждает сложную систему связей, актуализирует определенные «семантические поля». Лексические единицы определяют содержание высказывания как в системе парадигматических отношений, так и синтагматических связей. Парадигматическое соотношение отдельных лексических значений является процессом симультанного синтеза отдельных элементов информации. Оно составляет основу образования понятий.

При помощи синтагматических связей отдельные слова объединяются в целые высказывания в виде серийной (последовательной) организации речевых процессов.

Таким образом, на этом уровне слово приобретает не только значение, но и смысл. Вокруг каждой лексической единицы создается сеть связей. При этом преобладающую роль играют смысловые связи, которые тормозят звуковое сходство. Эти механизмы составляют основу формирования «поверхностных грамматических структур языка» (А.Р. Лурия). В основе второго уровня речевой деятельности лежат динамические временные связи.