体の防衛線（免疫系）の一部には白血球が関わっていて、それらの白血球は血流に乗って体内を移動して組織の中に入り込み、微生物などの異物を見つけ出して攻撃します。（免疫系の概要も参照のこと。）
この防衛線は以下の2つの部分で構成されています。
自然免疫
自然免疫は、生まれつき備わっていて、異物との遭遇を介した学習が必要ないことから、このように呼ばれています。そのため、体外から侵入してきた異物に対してすぐに反応します。しかし、この免疫はすべての異物に対してほぼ同じ方法で対処します。すなわち、異物の表面にある限られた数の識別物質（抗原）だけを認識します。しかし、それらの抗原は他の多くの異物にも存在します。自然免疫は、獲得免疫と異なり、遭遇した異物や特定の外来抗原が記憶されることがないため、将来の感染に対して持続的な防御効果をもたらしません。
自然免疫には以下の白血球が関与しています。
単球（マクロファージになる）
好中球
好酸球
好塩基球
ナチュラルキラー細胞
これらはそれぞれ違う機能をもっています。
このほかに以下のものも自然免疫に関与しています。
肥満細胞
補体系
サイトカイン
単球とマクロファージ
マクロファージは、白血球の一種である単球から生じます。単球が血流から組織に移動してからマクロファージになります。
単球は感染が起こると、組織に入ります。そこで約8時間かけて、単球は巨大化して内部に顆粒を作り、マクロファージになります。顆粒の中には酵素などの物質が詰まっていて、細菌などの体外から侵入してきた細胞の殺傷や消化を助けます。
マクロファージは組織内にとどまり、細菌、外来細胞、損傷した細胞、死んだ細胞などを捕食します。（このように細胞が微生物や他の様々な細胞、または細胞片などを食べるプロセスを貪食［どんしょく］作用と呼び、このような細胞を食細胞と呼びます。）
マクロファージは他の白血球を感染部位に引きつける物質を分泌します。また、T細胞による異物の認識も助けることから、獲得免疫にも関与します。
好中球
好中球は血液中で最も多くみられる白血球の一種で、感染に対する最初の防御を担っている免疫細胞です。食細胞の一種で、細菌などの体外から侵入してきた細胞を捕食します。好中球の中には、このような細胞の殺傷や消火を助ける酵素を放出する顆粒が含まれています。
好中球は血流を介して体内を循環していますが、特別な信号を受けると血流を離れ組織に入り込みます。これらの信号は細菌そのものから、あるいは補体タンパク質、損傷を受けた組織などから発信されますが、そのすべてが好中球を問題部位に引き寄せる物質を作ります。（このように物質を用いて特定の部位に細胞を引き寄せるプロセスは走化性と呼ばれます。）
好中球はまた、周囲の組織中に線維を作る物質を放出します。こういった線維は細菌を捕らえ、細菌が体内に広がるのを防ぐとともに、破壊されやすくします。
好酸球
好酸球も細菌を捕食しますが、取り込むには大きすぎる外来細胞も標的とします。好酸球が外来細胞を見つけると、細胞内の顆粒から酵素や毒性のある物質が放出されます。放出された物質は標的の細胞膜に穴をあけます。
好酸球は血流を介して体内を循環していますが、細菌への活性は好中球やマクロファージほど高くありません。その主な役割の1つは寄生虫に取りついて動けなくし、殺傷を助けることにあります。
好酸球はがん細胞の破壊を助けることがあります。また、炎症やアレルギー反応に関わる物質を作ります。アレルギーがある人、寄生虫感染症の人、喘息の人はそうでない人に比べ、血中の好酸球が多いことがよくあります。
好塩基球
好塩基球は外来細胞を取り込みません。好塩基球は、アレルギー反応に関わる物質であるヒスタミンを含む顆粒をもっています。好塩基球はアレルゲン（アレルギー反応を引き起こす抗原）に遭遇すると、ヒスタミンを放出します。ヒスタミンは、損傷した組織への血流量を増やし、腫れや炎症を引き起こします。
また、好塩基球は好中球と好酸球を問題部位に引き寄せる物質を作ります。
ナチュラルキラー細胞
ナチュラルキラー細胞は、できたときから外敵を殺す能力を備えていることから、「生まれつきの殺し屋」という意味で、ナチュラルキラー細胞と呼ばれています。ナチュラルキラー細胞は、感染した細胞やがん細胞を認識して付着することで、酵素などの物質を放出してこれらの細胞の外側の膜を破壊します。ナチュラルキラー細胞はウイルス感染への最初の防御として重要です。
また、ナチュラルキラー細胞はT細胞、B細胞、マクロファージなどの働きの一部を制御するサイトカインを作ります。
肥満細胞
肥満細胞は組織内に存在しています。肥満細胞の機能は血液内の好塩基球に似ています。アレルゲンに遭遇すると、炎症反応やアレルギー反応に関与するヒスタミンなどの物質を放出します。
補体系
補体系は、一連の反応を起こす30以上のタンパク質で構成されています。1つのタンパク質が別のタンパク質を活性化し、そのタンパク質が別のタンパク質を活性化するいう関係で、全体として体を感染から守っています。この一連の反応を補体カスケードといいます。
補体タンパク質は以下のように、自然免疫および獲得免疫において多くの役割を担っています。
細菌を直接殺傷します。
細菌に付着して好中球やマクロファージが細菌の存在を認識、捕食しやすくすることで、細菌の殺傷を助けます。
マクロファージや好中球を問題のある部位に引き寄せます。
ウイルスを無害化します。
免疫細胞が過去に侵入した特定の異物を思い出すのを助けます。
抗体の生産を促進します。
抗体の効果を高めます。
死んだ細胞や免疫複合体（抗体が抗原と結合したもの）を体から除去するのを助けます。
サイトカイン
サイトカインは免疫系の情報伝達物質です。体内で抗原が見つかると、免疫系を構成する白血球や特定の細胞がサイトカインを作ります。
サイトカインには多くの種類があり、それぞれ免疫系の様々な働きに影響を及ぼします。
あるサイトカインは免疫系の活性化を促します。例えばサイトカインにより特定の白血球が刺激されると、白血球の殺傷力が高まったり、より活発に他の白血球を問題部位に引き寄せるようになります。
また、活性を抑えて免疫反応を終結させるサイトカインもあります。
サイトカインのうちインターフェロンと呼ばれるものは、ウイルスの増殖（複製）を抑えます。
サイトカインは獲得免疫にも関与します。
