先天免疫系统包括一系列的细胞及相关机制，可以以非特异性的方式抵御外来感染。先天免疫系统的细胞会非特异地识别并作用于病原体。与获得性免疫系统不同，先天免疫系统不会提供持久的保护性免疫，而是作为一种迅速的抗感染作用存在于所有的动物和植物之中。

在进化上，先天免疫系统是一种较早产生的机体防御机制。它在植物、真菌、昆虫和比较原始的多细胞生物中占有主要的地位。（参见 其他形式的先天免疫系统）脊椎动物的先天免疫系统的主要功能包括：

通过产生包括细胞因子（cytokine）在内的多种化学因子将免疫细胞召集到感染或炎症区域。 通过激活补体系统（complement system）来促进清除死亡细胞或抗体-抗原复合物。

利用分化的白细胞来识别和消除在器官、组织、血液和淋巴中出现的外来物质。 通过抗原呈递（antigen presentation）过程激活后天免疫系统。

炎症反应是免疫系统对感染或刺激的第一个回应。它在由受损细胞所释放的化学因子的刺激下产生，并形成一种防止感染扩散的物理屏障。此外，在清除病原后，炎症反应还可以促进损伤组织的愈合。

在炎症反应中产生多种化学因子，包括组织胺、前列腺素、5-羟色胺、白细胞三烯（leukotriene）和缓激肽（bradykinin）。这些化学因子可以增强痛觉感受器的敏感度、引发血管舒张、召集吞噬细胞和中性粒细胞。随后，中性粒细胞则通过释放细胞因子（cytokine）来召集其他的白细胞和淋巴细胞。

炎症反应会表现出红、肿、发热、疼痛以及可能发生的相关组织器官的功能失常。相应的拉丁文为rubor（redness，vessel dilation），tumor（swelling）， calor（heat，vessel dilation），dolor（pain），funtio laesa。

1.血流增快导致血管扩张

2.粘附分子的变化（血细胞变“粘稠”）

3.血细胞可以流向组织，渗透性增加

补体系统(Complement System) 是免疫系统中的一种生化级联反应（cascade reaction）。它可以帮助或者“补足”抗体本身清除抗原物质或标记抗原物质以待清除的作用。这种级联反应由多种血浆蛋白的相互作用所完成，这些蛋白由肝脏中的肝实质细胞（hepatocytes）所合成。这些蛋白完成的工作包括：

触发炎症反应相关细胞的召集。

通过调理素（opsonin）或者包被抗原表面来标记抗原，以待其他细胞来消灭。

干扰感染细胞的细胞膜，导致细胞溶解。

清除抗体-抗原复合物。

补体系统中的各个组成部分具有进化上的保守性，在比哺乳类动物更原始的物种诸如鸟类、鱼类、植物以及部分种类的无脊椎动物都有存在。

组成先天免疫系统细胞

主条目：白细胞

人类血液的 扫描电子显微镜成像图片。可见红细胞和一些粗糙的白细胞，包括淋巴细胞、巨噬细胞、中性粒细胞。另外很多的碟形物是血小板。白细胞，又称白血球，是游离于特定的组织器官之外的独立的细胞。它们的功能更类似于独立的单细胞生物，白细胞可以自由地移动并捕捉细胞碎片、外源颗粒或入侵微生物。与许多其他体细胞不同，白细胞没有自行分裂来达到增殖的能力，而是由骨髓中的多能造血干细胞产生。[1]

包括 自然杀伤细胞（natural killer cells）、肥大细胞（mast cells）、嗜酸性粒细胞（eosinophils）、嗜碱性粒细胞(basophils)、巨噬细胞(macrophages)和中性粒细胞(neutrophils)在内的吞噬细胞(phagocytic cells)、以及树突细胞(dendritic cells)。这些细胞的作用在于识别和消灭可能导致感染的病原体。[2]

肥大细胞(mast cells)实际上是存在于结缔组织和黏膜中的先天免疫细胞，它们与抵御抗原和伤口愈合的作用直接相关，同时也和过敏反应有关。[3] 当肥大细胞被激活后，会迅速向细胞外释放其含有的特征性的颗粒（富含组织胺和肝素），以及多种体液调节因子、趋化因子、细胞因子。组织胺会扩张血管，导致炎症的特征性反应，并召集中性粒细胞和巨噬细胞。[3]

吞噬细胞可以利用胞吞作用吞噬抗原体或其他颗粒。发生作用时，吞噬细胞的细胞膜的局部不断地发生延展和卷曲直到完全裹住胞外的病原体，从而将其转移到胞内。入侵病原体此时被包含在包涵体之中，随后包涵体与溶酶体结合。[2]溶酶体中包含多种的酶和酸性物质，可以杀死并消化病原微生物或颗粒。吞噬细胞通常在体内“巡逻”以搜索抗原，并能够和由其他细胞产生的高度特化的分子信号——细胞因子发生反应。免疫系统中提到的吞噬细胞包括巨噬细胞、中性粒细胞和树突细胞。

在机体正常发育和代谢过程中，这种吞噬作用是很常见的。无论是正常诱导的宿主细胞程序性死亡（也叫做细胞凋亡），抑或由细菌或病毒导致的细胞损伤引起的宿主细胞死亡，吞噬细胞都会负责清除这些死亡的细胞，来保证新的健康细胞的发育和组织的修复。

巨噬细胞(macrophages)是一种大型白细胞，存在于血管系统中参与循环，也有能力穿过毛细血管的管壁进入到组织间隙中追逐入侵抗原。游走在组织中的巨噬细胞与在血液中的有所不同，称为单核细胞。巨噬细胞作为最有效率的吞噬细胞，可以吞噬相当数量的微生物或其他细胞。[2] 细菌物质分子与巨噬细胞表面的受体的结合会触发巨噬细胞对细菌的包裹作用和杀伤作用。这个过程是通过产生“（呼吸爆发）”的作用，引发活性氧（大多为NO）的释放而发挥作用的。抗原还会刺激巨噬细胞产生趋化因子，使之召唤更多的细胞到感染处来。[2]

中性粒细胞(neutrophils)因为在细胞质中存在很多颗粒，中性粒细胞，全称嗜中性粒细胞，与嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞一起并称粒性白细胞，也称作多形核白细胞（polymorphnuclear cells, PMNs）。中性粒细胞的颗粒中含有多种毒素，可以杀死或抑制细菌、真菌的生长。与巨噬细胞类似，中性粒细胞对抗原的攻击也是由“呼吸爆发”所引发的。嗜中性粒细胞是数量最多的一类吞噬细胞，通常占总循环白细胞的50%到60%，并且通常是最先赶到感染区域的淋巴细胞。[3] 正常的成人骨髓一天可以产生超过1000亿个中性粒细胞，比急性感染时产量的10倍还多。[3]

树突细胞 (dendritic cells, DC) 是存在于组织中并与外界环境相接触的吞噬细胞，通常存在于皮肤（通常称为郎格罕细胞）、鼻粘膜内侧、肺脏、胃脏和肠道之中。[1]树突细胞的命名是因为它很像神经细胞的树突，但二者没有联系。树突细胞是抗原呈递（antigen presentation）过程中的重要场所，因此也是连接先天和[[[后天免疫系统]]]的纽带.

嗜酸性细胞（eosinophils）和嗜碱性细胞(basophils)

嗜酸性细胞激活后，释放的组织胺在清除寄生虫的过程中发挥重要作用，并在过敏反应中发挥作用；[2]激活后的嗜酸性粒细胞会分泌多种毒素蛋白和自由基，以有效杀灭细菌和寄生虫，但也在过敏反应中造成严重的组织损伤。因此，二者的激活过程十分复杂，以防止不必要的组织损毁。[3]

自然杀伤细胞（natural killer cells），也简称为NK细胞，主要功能为攻击那些被识别为已感染的宿主细胞，但也同时直接攻击入侵的微生物。例如，NK细胞会攻击并摧毁肿瘤细胞和感染病毒的细胞。这种作用是通过所谓的“自失（missing-self）效应”而发生的，这个效是指被病毒感染的宿主细胞会在细胞表面表现出低水平的MHC I。[4] “天然杀伤”体现在其杀伤那些出现“自失效应”的细胞时无需激活。

γδ T细胞是处在先天和后天免疫之间的细胞。一方面，γδ T细胞因为具有产生T细胞受体时的VDJ 重排作用而被认为是后天免疫的一部分；而同时γδ T细胞因为具有通过限定TCR受体或NK受体而产生的模式识别受体而被认为是先天免疫的一部分。它可能与非肽抗原的识别有关。