在抗菌免疫反应中，多种细胞扮演着重要角色。首先，巨噬细胞和中性粒细胞是吞噬细菌的第一线防御力量，它们能够识别并吞噬入侵的病原体，通过溶酶体内的酶将病原体分解。此外，巨噬细胞还能分泌细胞因子，如肿瘤坏死因子（TNF）和白细胞介素1（IL-1），这些信号分子可以激活其他免疫细胞，并促进炎症反应。
树突状细胞也是一种重要的抗原呈递细胞，在吞噬处理细菌后，它们会迁移到淋巴结等次级淋巴器官，将病原相关分子模式（PAMPs）信息传递给T细胞，启动特异性免疫应答。CD4 T辅助细胞被激活后可分化为Th1或Th2亚型，其中Th1细胞主要参与细胞介导的免疫反应，促进巨噬细胞活性和细胞毒性T淋巴细胞（CTL）的发展；而Th2细胞则与体液免疫有关，能够刺激B细胞产生抗体。
最后，细胞毒性T淋巴细胞可以直接识别并杀死被细菌感染的宿主细胞，防止病原体扩散。同时，记忆性T/B细胞在初次接触抗原后形成，当机体再次遭遇相同病原时能迅速启动更强烈的免疫应答。
