Alors que la première séance d’essais libres du Grand Prix d'Espagne avait consacré les favoris pour la course, la deuxième session a accouché d’une feuille de temps assez inédite puisque, des candidats pour la victoire et le podium, seuls Kimi Räikkönen et Felipe Massa se sont placés dans les cinq premiers.

Contrairement à ce matin où Kazuki Nakajima avait attendu trente minutes avant de sortir, les pilotes se sont élancés immédiatement sur une piste plus chaude – 35° au sol, 24° dans l’air - et sur laquelle soufflait plus de vent que le matin. Cette séance trouve son intérêt dans le fait qu’elle se déroule à la même heure que la course dimanche et que les pilotes devraient être confrontés aux mêmes conditions météorologiques.

C’est Robert Kubica qui a établi le premier temps, en 1:23.543, que Lewis Hamilton a tout de suite tenté d’améliorer. Il échoue en 2^e position, victime de problèmes de frein qui l’ont longtemps handicapé et qui l'a fait partir en tête-à-queue.

Vingt minutes après le début de la séance, Adrian Sutil se hisse à la première place grâce à ses pneus tendres et à une voiture probablement assez peu chargée en essence. Giancarlo Fisichella, lui, se classe au 3^e rang, accréditant l’hypothèse que Force India n’utilise pas cette session pour préparer la course mais pour réaliser de bons temps. Le premier tour rapide de Raïkkönen est gâté par le trafic mais il pointe à 0,4 seconde de  Sutil, lors d’un tour « clair ». C’est ensuite l’Italien qui inscrit son nom en haut de la feuille de temps,

Massa sort à son tour et, comme ce matin, attaque fort dans son premier tour rapide, flirtant avec les murs. Il termine à la 5^e place, à 0,8 seconde de Fisichella. Le Brésilien, très rapide lors de la précédente séance, réalise une série impressionnante de huit tours entre 1:22.6 et 1:22.9. A la fin de la session, il occupe le 5^e rang, qui ne reflète sans doute pas le niveau de la Ferrari. C’est d’ailleurs le constat général de cette session assez étrange, durant laquelle les équipes de pointe ont vraisemblablement peaufiné leur stratégie de course, alternant les runs avec des pneus durs et tendres et chargeant les voitures en essence – elles tournaient aux alentours d’1:21 ce matin -, et les équipes de milieu et de bas de plateau qui ont brillé en alignant les bons chronos.

Dans le dernier tiers de la séance, le meilleur temps est passé entre le volant de Nico Rosberg, Nakajima, Nelson Piquet Jr et Fernando Alonso. Le pilote brésilien de chez Renault paraissait bien parti pour signer le meilleur temps des essais libres pour la première fois de sa carrière en Formule 1 mais Räikkönen, ressorti dans les trois dernières minutes, a rétabli la hiérarchie habituelle en le délogeant de la première place, pour 0,084 seconde. Le Finlandais est d’ailleurs le seul pilote à passer sous la 1:22, avec son temps d’1:21.935.

Mark Webber occupe la 6^e place devant Rosberg, Coulthard, Fisichella et Sutil, tandis que Hamilton ne fait pas mieux que 11^e, devançant les BMW de Robert Kubica et de Nick Heidfeld. Heikki Kovalainen est relégué au 16^e rang, ayant subi un problème technique durant la séance. Sebastian Vettel précéde son coéquipier Sébastien Bourdais : ils terminent respectivement 18 et 19^e.