Các tế bào ác tính thường biểu hiện các kháng nguyên có thể được giải thích là “non – self” bởi hệ thống miễn dịch. Thông thường, điều này dẫn đến sự phá hủy các tế bào ác tính như với bất kỳ kẻ xâm lược nào. Sự phá hủy này có thể được hoàn thành, trong trường hợp đó ung thư không bao giờ xuất hiện. Tuy nhiên, một số tế bào ác tính có hoặc có khả năng tránh được sự phát hiện và/hoặc phá hủy bởi hệ thống miễn dịch, cho phép chúng sinh sôi nảy nở.
Mặc dù hệ thống miễn dịch rõ ràng có vai trò bảo vệ, nhưng không rõ tại sao suy giảm miễn dịch bẩm sinh hoặc mắc phải Suy giảm miễn dịch tiên phát Các rối loạn suy giảm miễn dịch có liên quan hoặc khiến bệnh nhân dễ mắc các biến chứng khác nhau, bao gồm nhiễm trùng, rối loạn tự miễn dịch, u lympho và… đọc thêm có nguy cơ gia tăng chỉ một số loại ung thư thông thường (ví dụ như ung thư hắc tố, ung thư biểu mô tế bào thận, u lympho) và các loại ung thư khác (ví dụ như ung thư phổi, vú, tuyến tiền liệt, đại tràng). Một sự cân nhắc là có rất ít áp lực tiến hóa có chọn lọc để cải thiện phản ứng miễn dịch đối với các bệnh ung thư xảy ra sau tuổi sinh sản.
Mặt khác, các tế bào ác tính có sự phát triển mạnh mẽ để phát triển các cách để thoát khỏi hệ thống miễn dịch. Một cơ chế phòng vệ bao gồm việc mô phỏng các tế bào bình thường bằng cách biểu hiện các protein checkphoit. Protein checkpoit là các phân tử bề mặt tế bào báo hiệu cho các tế bào T lưu thông rằng tế bào mang chúng là bình thường và không nên bị tấn công. Một ví dụ là protein PD-L1, được nhận ra bởi phân tử PD-1 trên các tế bào T; khi PD-L1 liên kết với PD-1 trên tế bào T, tế bào đó không bị tấn công. Liệu pháp điều trị ung thư bằng cách sử dụng các kháng thể đơn dòng ngăn chặn PD-L1 hoặc PD-1 (được gọi là chất ức chế checkpoit) do đó có thể cho phép hệ thống miễn dịch tấn công các tế bào ác tính trước khi có sự hiện diện của protein PD-L1. CTLA-4 là một protein checkpoit khác ngăn chặn sự tấn công của hệ thống miễn dịch và có thể bị chặn bởi một kháng thể. Bởi vì các protein checkpoit có thể có mặt trên các tế bào bình thường, liệu pháp ức chế điểm kiểm tra cũng có thể tạo ra hệ thống miễn dịch để tấn công các tế bào đó.
Một bước tiến quan trọng khác trong liệu pháp miễn dịch liên quan đến việc sử dụng các tế bào T biến đổi gen (gọi là liệu pháp tế bào T kháng thụ thể chimeric [CAR-T]). Trong quá trình này, các tế bào T được lấy ra từ một bệnh nhân và biến đổi gen để thể hiện các thụ thể có chứa một miền nhận diện cho một kháng nguyên khối u cụ thể kết hợp với các miền báo hiệu nội bào kích hoạt tế bào T. Khi các tế bào T biến đổi được tái sử dụng, chúng có thể tấn công các tế bào mang kháng nguyên khối u cụ thể đó.