Les lymphocytes T (une population particulière de globules blancs) sont les maîtres d'œuvre de l'immunité cellulaire. Lorsqu'ils rencontrent un antigène (protéine anormale présente à la surface d'une cellule), des lymphocytes "tueurs" sont activés. Avec l'aide d'autres lymphocytes (appelés "helpers"), ils vont tout d'abord se multiplier. Ensuite, ils se fixent aux cellules indésirables et libèrent à leur contact des substances chimiques qui les détruisent, raison pour laquelle on appelle ces lymphocytes « tueurs ».
Pour déclencher une réaction immunitaire en présence d'un cancer, d'autres cellules jouent également un rôle crucial. Il s'agit des cellules présentatrices d'antigène (cellules dendritiques, macrophages, lymphocytes B). Ce sont elles qui vont "réveiller" les lymphocytes (tueurs et helpers) en leur présentant les antigènes tumoraux de façon appropriée. Elles vont également faire en sorte que ces antigènes soient clairement identifiés comme "ennemis à éliminer".