Uma das principais funções da imunidade mediada por células é reconhecer e destruir células anormais, como por exemplo as cancerosas. As células anormais podem ter alguns antigénios superficiais diferentes dos das células normais e podem ser reconhecidas como estranhas.
A destruição de células cancerosas é feita por linfócitos T citotóxicos, que depois de activados pelos antigénios dessas células libertam substâncias químicas que podem provocar a morte celular por diferentes mecanismos, nomeadamente por apoptose (na apoptose, os sinais recebidos pela célula cancerosa activam enzimas de autodestruição que cada célula do organismo sintetiza e armazena, sendo o DNA degradado, bem como outros componentes essenciais. A célula fragmenta-se e os fragmentos são fagocitados por macrófagos ou por neutrófilos). Quando este processo não é eficaz (não reconhece ou destrói as células cancerosas), as células multiplicam-se e originam um cancro.
O sistema imunitário mediado por células é também responsável pela rejeição de enxertos de tecidos ou órgãos transplantados, em que existem diferenças bioquímicas e genéticas mais ou menos acentuadas entre o dador e o receptor. Os linfócitos T do receptor reagem contra as células estranhas do enxerto, destruindo-as. Quando se repete um enxerto que já tinha sido previamente rejeitado, a resposta imunitária é mais intensa e mais rápida, pois estão presentes linfócitos de memória.
Para minimizar as reacções de rejeição, procuram-se tecidos ou órgãos que sejam, tanto quanto possível, compatíveis com as características bioquímicas do receptor e aplicam-se várias drogas que suprimem a resposta imunitária (estas drogas comprometem a capacidade do sistema imunitário em relação a outras infecções).
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