除了一些少数细胞和没有细胞核的细胞（如红血球），宿主的细胞表面几乎都会表现第一类mhc分子。当细胞被病毒感染时（或其他胞内病原体），细胞会降解外来蛋白质，并由第一类mhc分子将蛋白质片段表现于细胞表面，以利于cd8+ t细胞辨识，此动作称为抗原呈现。
细胞毒性t细胞的活化取决于t细胞表面的分子和抗原呈递细胞表面分子之间的交互作用。例如双讯息模型：
讯息t细胞apc描述
第一讯息tcr第一类mhc分子cd8辅助受体和第一类mhc分子之间会引发交互作用以稳定信息分子。
第二讯息t细胞上的cd8cd80或cd86（又称b7-1和b7-2）由辅助型t细胞释出，可活化细胞毒性t细胞。cd80和cd86在t细胞活化中扮演着“协同刺激信号”的角色。
杀手t细胞的活化大多是靠tcr侦测到抗原所引发，但也有少部分是靠替代路径。举例来说，研究显示细胞毒性t细胞如果被其他cd8 t细胞视为目标，会引起对于后者的耐受作用。
细胞毒性t细胞一旦活化，便会在il-2的刺激下开始快速增殖。il-2是一种t细胞的成长和细胞分化因子，使t细胞能够更有效的清除体内含有抗原的体细胞。
t细胞的分类
t细胞根据功能的差异被分为几个亚型。虽然在胸腺中就分化出了cd+和cd+两者，但是在外周ｔ细胞还会发生进一步的分化。
常规适应性t细胞
辅助cd+ t细胞
辅助t细胞（th细胞）对其他淋巴细胞的活动起辅助作用，包括b细胞向浆细胞和记忆b细胞的发育，以及细胞毒性t细胞和巨噬细胞的激活。它们也被称为cd+ t细胞，因为它们的细胞表面有cd蛋白的表达。辅助t细胞在遇到抗原呈递细胞（apc）表面mhc-ii分子结合的外部抗原时被激活，一旦被激活就会快速分裂并开始分泌调节免疫反应的细胞因子。辅助t细胞在受到不同细胞因子刺激的情况下，也会进一步分化成不同亚型的辅助t细胞。它们是已知的hiv病毒的目标细胞，在艾滋病发病时会急剧减少。
抑制性cd+ t细胞
[抑制性t细胞]（treg细胞）对于免疫耐受至关重要。它们的主要工作就是及时有效的结束免疫反应，以及抑制那些从阴性筛选中逃逸的自体免疫t细胞，防止免疫反应对抑制性机体自身造成过度损害。
抑制性t细胞既可以在胸腺中发育分化完成，称为胸腺调节t细胞；也可以在外周组织受免疫反应诱导分化，称为外周调节t细胞。两者都表达foxp作为其细胞表面标志物，foxp基因的突变会影响调节t细胞的发育，并诱发致命的自体免疫病ipex。
其他几类不表达foxp基因的t细胞具有免疫抑制作用，例如tr细胞和th细胞。tr与il-相关，th与tgf-beta相关。最近，th细胞也被列入此类免疫抑制细胞之中。
杀手cd+ t细胞
细胞毒性t细胞(ctls, killer t cells)负责杀伤被病毒感染的细胞和癌细胞，在对qi官移植的免疫排斥中也有参与。其特点在于细胞表面的cd蛋白质。它通过识别所有有核细胞表面的mhc-i分子上的短肽抗原，来分辨正常细胞和应杀伤的异常细胞。细胞毒性t细胞还可分泌重要的细胞因子il-和ifnγ，来影响其他免疫细胞的功能，特别是巨噬细胞和nk细胞。
记忆t细胞
还未结合过外部抗原的初级t细胞，一旦结合了抗原呈递细胞表面mhc分子所包裹的外部抗原，就会开始增殖分化为效应t细胞和记忆t细胞（其他信号适当的共刺激对这一过程也是必要的）。曾经，人们认为记忆t细胞只分为中央记忆t细胞和效应记忆t细胞。但是之后，新的记忆t细胞种类不断被发现，例如组织驻留记忆t细胞 (trm)等等。记忆t细胞的共同特点在于其寿命较长（可长达数十年），而且在识别到特定抗原时可以快速分裂为大量的效应t细胞。通过这样的方式，记忆t细胞就为人体的免疫系统保存了对之前感染过病原体的“记忆”。记忆t既可以是cd+也可以是cd+，一般会表达cdro。
类固有t细胞
自然杀伤t细胞
自然杀伤t细胞(nkt细胞)，请不要把它和固有免疫中的自然杀伤细胞（nk细胞）混淆。 与一般t细胞识别mhc分子上的肽链抗原不同，nkt识别的是cdd分子上结合的糖蛋白抗原。被激活后，它们可以执行类似辅助t细胞和细胞毒性t细胞的功能，即释放细胞因子和细胞毒素。有证据表明，它们能够识别并杀灭某些肿瘤细胞和被疱疹病毒感染的细胞。
粘膜相关的不变t细胞
粘膜相关的不变t细胞（mait）具有固有免疫效应细胞的特质。在人体内，mait细胞分布于血液、肝脏、肺部、黏膜，具有抵御微生物感染的能力。mhc-i的类似物，mr，可以向mait细胞呈递细菌产生的代谢物抗原。接受了mr呈递的外部抗原后，mait细胞可以释放促炎症细胞因子并裂解被细菌感染的细胞。mait也可以通过不依靠mr的信号通路激活。除了表现出类似固有免疫的功能外，mait细胞也辅助获得性免疫反应，甚至表现出类似记忆细胞的特征。此外，mait也被认为在自体免疫病中发挥作用，如多发性硬化、风湿和炎症性肠病，虽然决定性的证据还有待发现。
γδ t细胞
γδ t细胞代表了t细胞中一小部分不表达αβ-tcr而表达γδ-tcr的类型，在小鼠和人体内仅占全部t细胞的%；在兔子、绵羊和鸡体内，γδ t细胞占全部t细胞的比例则可能高达%。它们主要分布在肠道粘膜，作为一类上皮内淋巴细胞。关于其抗原识别的细节我们仍知之甚少，不过似乎γδ t细胞并不受限于mhc分子的呈递。特别的是，γδ t细胞能够对一类磷酸类抗原做出快速的反应，而这类抗原物质在各种细胞（细菌、植物、癌细胞等）中都有发现。
活化
cd+ t细胞的激活需要t细胞上的tcr和共受体（cd或icos），抗原呈递细胞上的mhcii和共激活分子两对分子的分别，同时结合。仅其中一对的结合，无法产生有效的t细胞激活。理想的cd+ t细胞激活则依赖于cd+ t细胞的信号转导。cd+细胞可以在初级cd t细胞的初次免疫应答中给予帮助，并且在急性感染的后期维持cd+ 记忆t细胞的活性。所以，cd+ t的激活对于cd+ t细胞的活动是有利的。
相比于mhc分子上的抗原，抗原呈递细胞的共激活分子一般是由病原体的副产物、热休克蛋白或者坏死的细胞碎片诱导表达的。共刺激机制被认为可以避免自体免疫的发生，因为即使t细胞错误地结合了自体抗原，也可能因为没有受到合适的共刺激而无法正常活化。一旦t细胞被正确地活化，它的细胞表面蛋白表达就会发生巨大的改变，活化t细胞的标志蛋白包括cd，cd，cd (也是调节t细胞的标志)和hla-dr (人类t细胞的特异标志)。ctla-在活化t细胞表面的上调，对共激活受体有竞争性抑制作用，可以避免活化t细胞的过度活化。活化t细胞的表面糖基化情况也有改变。
t细胞受体（tcr）是由几种蛋白质组合成的复合体。tcr的两个主要组分是由两个独立基因分别编码的tcrα和tcrβ，其他的组分包括cd家族的蛋白：cdεγ和cdεδ的异二聚体，以及最重要的cdζ同二聚体。cdζ同二聚体上共有个itam基序，可被磷酸化并启动一系列级联反应，导致tcr复合体的聚集。
虽然在绝大部分情况下t细胞活化都依赖于tcr对抗原的识别，其他的活化途径也有被发现，例如细胞毒性t细胞可以被其他cd t细胞识别并导致自身的极化。t细胞活化的过程也受到活性氧类物质的影响。
抗原识别
t细胞的主要特点就是能够分辨正常细胞和异常细胞的能力。不论是正常细胞还是异常细胞，都会表达大量的mhc-抗原多肽复合体（pmhc）。虽然t细胞与正常细胞的pmhc有一定结合力，但是t细胞并不会被激活；但即使异常细胞的pmhc与正常细胞只有细微的差别，也能够刺激t细胞发生免疫反应。这样对不同抗原wan全不同的反应特征称为t细胞的抗原识别，关于这一机理实现的具体细节如今仍然没有定论。