T細胞受到抗原刺激后，分化、增殖、轉化為致敏T細胞，當相同抗原再次進入機體，致敏T細胞對抗原的直接殺傷作用及致敏T細胞所釋放的淋巴因子的協(xié)同殺傷作用，統(tǒng)稱為細胞免疫。同體液免疫一樣，細胞免疫的產(chǎn)生也分為感應、反應和效應三個階段。其作用機制包括兩個方面：⑴致敏T細胞的直接殺傷作用。當致敏T細胞與帶有相應抗原的靶細胞再次接觸時，兩者發(fā)生特異性結合，產(chǎn)生刺激作用，使靶細胞膜通透性發(fā)生改變，引起靶細胞內(nèi)滲透壓改變，靶細胞腫脹、溶解以致死亡。致敏T細胞在殺傷靶細胞過程中，本身未受傷害，可重新攻擊其他靶細胞。參與這種作用的致敏T細胞，稱為殺傷T細胞。⑵通過淋巴因子相互配合、協(xié)同殺傷靶細胞。如皮膚反應因子可使血管通透性增高，使吞噬細胞易于從血管內(nèi)游出；巨噬細胞趨化因子可招引相應的免疫細胞向抗原所在部位集中，以利于對抗原進行吞噬、殺傷、清除等。由于各種淋巴因子的協(xié)同作用，擴大了免疫效果，達到清除抗原異物的目的。
在抗感染免疫中，細胞免疫主要參與對胞內(nèi)寄生的病原微生物的免疫應答及對腫瘤細胞的免疫應答，參與遲發(fā)型變態(tài)反應和自身免疫病的形成，參與移植排斥反應及對體液免疫的調節(jié)。也可以說，在抗感染免疫中，細胞免疫既是抗感染免疫的主要力量，參與免疫防護；又是導致免疫病理的重要因素。
T細胞是細胞免疫的主要細胞。其免疫源一般為：寄生原生動物、真菌、外來的細胞團塊（eg：移植器官或被病毒感染的自身細胞）。細胞免疫也有記憶功能。
器官移植在同卵雙胞胎之間進行較易成功，這是因為兩者的基因組是一樣的，細胞表面的MHC分子也是一樣的，2個個體都不排斥對方的器官。
激素、放射線照射、藥物（6-巰基嘌呤）等可以抑制受體的免疫功能，增加移植手術的成功率。但它同時增加了感染疾病的可能性。雖然*（cyclosporin)選擇性抑制T細胞的功能，但也會影響免疫系統(tǒng)的其他功能。
臨床器官移植還存在外來器官排斥受體的問題：例如骨髓移植，當供者骨髓植入受者后，外來骨髓的淋巴細胞對受體的各組織（抗原）進行攻擊，其后果可致受者死亡。
