Ćelijski imuni odgovor se odvija sa T limfocitima, koji dolaze u direktan kontakt sa antigenom, nekad i bez lučenja antitela od strane B limfocita.Ćelijski imuni odgovor je važan kod gljivičnih, virusnih infekcija, maligniteta, tumora, transplantacije organa.
T limfociti luče supstance-CITOKINI.Ove molekule su posrednici izmedju ćelija i uništavaju oštećene ćelije ili podstiču druge ćelije na imuni odgovor.Oni su zaduženi za prepoznavanje stranih antigena u organizmu.Na njihovoj površini se nalaze receptori, koji se razvijaju u fazi embrionalnog razvoja i stiču sposobnost za prepoznavanje izmenjenih ćelija u organizmu.Ukoliko dodje do promena tih antigena  T limfociti se aktiviraju i uništavaju takve ćelije a zdrave budu poštedjene.
Često se dešava, kada imuni sistem izgubi sposobnost imunog pamćenja i počinje ćelije sopstvenog organizma da prepoznaje kao strane, uništava i napada tada se govori o Autoimune bolesti.
Postoji i smanjena sposobnost imunog sistema da pruža adekvatan odgovor na invaziju patogenih mikroorganizama ili drugih štetnih materija, tada se govori o imunološkom kompromitovanosti (hronična bolest, HIV).