免疫系统可以识别异己成分并将潜在的、有害的异己分子和细胞从体内清除。免疫系统还具有识别和破坏来源于宿主自身组织异常细胞的能力。任何能被免疫系统识别的分子都被称作抗原（Ag）。
皮肤、眼角膜和呼吸道、胃肠道及泌尿生殖道的黏膜组成了人体第一道天然防御屏障。有些屏障同时发挥着重要的免疫功能：
外层角化的表皮：皮肤角质细胞分泌抗菌肽（防御素），皮脂腺和汗腺分泌抑菌物质（如乳酸、脂肪酸）。 同时，皮肤中还定植有许多免疫细胞（如肥大细胞、上皮内淋巴细胞、呈递抗原的朗格汉斯细胞）。
角膜：泪液含有防御素。巨噬细胞和树突状细胞位于角膜内，而其他免疫细胞，包括 T 细胞和吞噬性中性粒细胞，在感染过程中通过角膜缘血管被募集。
呼吸道、胃肠道和泌尿道的黏液：黏液含有多种抗菌物质，如溶菌酶、乳铁蛋白和分泌性IgA（SIgA）。
解剖屏障受损可诱发两种免疫反应：
固有免疫
获得性免疫
许多分子成分（如补体、细胞因子、急性期反应物）同时参与固有免疫和获得性免疫。
固有免疫
固有免疫（innate immunity，又称天然免疫）不需早先接触抗原（即免疫记忆）就可产生全部效应。因此可以对入侵者迅速作出反应。先天免疫使用模式识别受体 (PRR) 来检测外来病原体相关分子模式 (PAMP) 和宿主损伤相关分子模式 (DAMP)。
其成分包括：
吞噬细胞（例如，中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞）
多形核白细胞（除吞噬中性粒细胞外，还包括嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞）
固有淋巴样细胞（如自然杀伤[NK]细胞）
吞噬细胞（血液和组织中的中性粒细胞，血液中的单个核细胞 ，组织中的 巨噬细胞 ）能吞噬并破坏入侵的抗原。与适应性免疫产生的抗体（Ab）结合或被补体蛋白调理后的抗原更易被吞噬细胞吞噬。
多形核白细胞（中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞）和单个核细胞（单核细胞、巨噬细胞、肥大细胞）释放炎性介质。
自然杀伤细胞杀伤被病毒感染的细胞和一些肿瘤细胞。
适应性免疫
免疫反应
正常的免疫防御包括激活、调控和消退等不同环节。
免疫激活
当外来抗原 (Ag) 被细胞表面受体识别时，免疫系统的细胞就会被激活。 这些细胞表面受体可能具有特异性
与多种不同病原体相关的结构 (病原相关分子模式)（例如，被树突状细胞和其他细胞上的toll样受体、甘露糖和清道夫受体等模式识别受体识别）
与特定病原体特异性相关的结构（由 B 细胞上表达的跨膜抗体或 T 细胞上表达的 T 细胞受体识别）
模式识别受体识别常见的微生物病原相关分子模式，如革兰氏阴性脂多糖、革兰氏阳性肽聚糖、细菌鞭毛蛋白、非甲基化胞嘧啶-鸟苷二核苷酸（CpG基序）和病毒双链RNA。这些受体还可以识别由应激或受感染的自身细胞产生的分子 。
抗原-抗体和补体-微生物复合物与IgG的可结晶片段（Fc）受体（FcgammaR）及C3b和iC3b受体等表面受体结合，也可激活免疫反应。
一旦被识别，抗原、抗原-抗体复合物或补体-微生物复合物就会被吞噬。 大多数微生物在被吞噬后杀死，但有些能抑制巨噬细胞的细胞内杀伤能力（例如，被吞噬细胞吞噬的结核分枝杆菌能抑制细胞杀伤能力）。对于这类微生物，T细胞来源的细胞因子，尤其是gamma干扰素（IFN-gamma），能刺激吞噬细胞产生溶解酶和其他杀微生物的产物，从而增强其杀伤或隔离微生物的能力。
除非抗原被快速吞噬并完全降解（一种不常见的事件），否则获得性免疫反应是通过B细胞和T细胞表面高度特异性的受体识别抗原而产生的。该反应始于次级淋巴组织：
脾脏接触循环抗原
区域淋巴结接触组织抗原
黏膜相关淋巴组织（如扁桃腺、腺样体、Peyer淋巴集结）接触粘膜抗原。
例如，皮肤中的朗格汉斯树突状细胞吞噬抗原并迁移到局部淋巴结。在淋巴结中，抗原衍生的肽在 II 类主要组织相容性复合体 (MHC) 分子内的树突状细胞表面表达 ，该分子将肽呈递给CD4辅助T（Th）细胞。 当 Th 细胞与 MHC-肽复合物结合并接收各种共刺激信号（可被某些免疫抑制药物抑制）时，它会被激活以表达细胞因子白细胞介素 (IL)-2 的受体并分泌多种细胞因子。 每种Th细胞亚群分泌不同的物质，从而影响不同的免疫反应。
一些 Th 细胞专门化为 T 滤泡辅助细胞 (Tfh)，它们迁移到次级淋巴组织的 B 细胞区域。在主动免疫反应过程中，次级淋巴组织内会形成生发中心结构，Tfh 细胞在其中协助 B 细胞活化、增殖、抗体类别转换、抗体反应的亲和力成熟以及 B 细胞分化。 记忆B细胞 并进入抗体分泌浆细胞的前体。生发中心内还有滤泡树突状细胞（与传统树突状细胞完全不同的细胞类型），它们向 B 细胞呈递完整的抗原（以抗原-抗体复合物的形式）。
与MHC Ⅱ类分子将细胞外抗原（如许多细菌抗原）呈递给CD4+Th细胞不同，而MHC I类分子将细胞内（内源性）抗原（如病毒抗原）呈递给CD8+细胞毒T细胞。活化的细胞毒T细胞可以杀伤被感染的细胞。
免疫调控
免疫消退
当抗原被局限或从体内清除后，免疫应答即消退。缺乏抗原的刺激后，细胞因子分泌停止，活化的细胞毒T细胞发生凋亡。凋亡细胞被立即吞噬，这样就防止细胞内容物的溢出及引发炎症反应。一部分T细胞和B细胞可以分化成为记忆细胞而不发生凋亡。
