A segunda sessão de treinos livres para o GP da Itália aconteceu debaixo de muita chuva, mas que não atrapalhou o australiano Casey Stoner. Líder da temporada, o piloto foi o "menos lento" dos treinos da parte da tarde, superando a Suzuki do norte-americano John Hopkins com o tempo de 2min07s107. O temporal que desabou sobre o circuito de Mugello acabou causando a queda do italiano Valentino Rossi. Mesmo com o desempenho prejudicado, The Doctor conseguiu registrar o quarto tempo, atrás do australiano Chris Vermeulen – que, a exemplo do que havia acontecido no GP da França, surpreendeu na chuva.

O asfalto molhado prejudicou o tempo de todos os pilotos. Nenhum deles conseguiu registrar uma volta com tempo inferior a 2 minutos, resumindo os melhores tempos do dia à primeira sessão. Com isso, as voltas da tarde se marcaram com algumas surpresas, como o norte-americano Kenny Roberts, em quinto, e o francês Olivier Jacques, nono.

Quem acabou perdendo performance com o mau tempo foi o brasileiro Alexandre Barros. Depois de cravar a sétima melhor volta na primeira sessão, o mais experiente piloto da categoria foi apenas o 18º, uma posição atrás de seu companheiro na Pramac d’Antin, o alemão Alex Hoffmann.