Por meio de moléculas receptoras em suas superfícies, os linfócitos são capazes de ligar antígenos (substâncias estranhas ou microorganismos que o hospedeiro reconhece como “não-se”) e ajudar a removê-los do corpo. Cada linfócito possui receptores que se ligam a um antígeno específico. A capacidade de responder a praticamente qualquer antígeno vem da enorme variedade de populações de linfócitos que o corpo contém, cada um deles com um receptor capaz de reconhecer um antígeno único.

Once estimulado por ligação a um antígeno estranho, como um componente de uma bactéria ou vírus, um linfócito se multiplica em um clone de células idênticas. Algumas das células B clonadas diferenciam-se em plasmócitos que produzem moléculas de anticorpos. Estes anticorpos são modelados de perto após os receptores da célula B precursora e, uma vez libertados no sangue e na linfa, ligam-se ao antigénio alvo e iniciam a sua neutralização ou destruição. A produção de anticorpos continua por vários dias ou meses, até que o antígeno tenha sido superado. Outras células B, as células B de memória, são estimuladas a multiplicar-se mas não se diferenciam em plasmócitos; elas fornecem ao sistema imunológico uma memória duradoura.

No timo, as células T multiplicam-se e diferenciam-se em células T auxiliares, reguladoras ou citotóxicas ou tornam-se células T de memória. São então semeadas nos tecidos periféricos ou circulam no sangue ou no sistema linfático. Uma vez estimuladas pelo antígeno apropriado, as células T helper secretam mensageiros químicos chamados citocinas, que estimulam a diferenciação das células B em plasmócitos, promovendo assim a produção de anticorpos. As células T reguladoras actuam para controlar as reacções imunitárias, daí o seu nome. As células T citotóxicas, que são activadas por várias citocinas, ligam-se e matam células infectadas e células cancerígenas.