เซลล์ภูมิคุ้มกันเป็นองค์ประกอบสำคัญของ TME และทำหน้าที่ส่งเสริมหรือยับยั้งการเจริญเติบโตของสารก่อมะเร็ง เซลล์ภูมิคุ้มกันเกือบทุกชนิด เช่น เซลล์โพลีมอร์โฟนิวเคลียส  ยา มาโครฟาจ เซลล์เดนไดรต์ (DCs) เซลล์นักฆ่าธรรมชาติ (NK) และเซลล์เม็ดเลือดขาว T และ B สามารถแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อมะเร็งได้ เซลล์ภูมิคุ้มกันแบ่งออกเป็นการตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวและการตอบสนองโดยธรรมชาติ เซลล์พิเศษ (ทีเซลล์ บีเซลล์ และ NK เซลล์) และแอนติบอดีของระบบภูมิคุ้มกันที่ปรับตัวได้จะปกป้องร่างกายมนุษย์โดยการโจมตีและทำลายสิ่งแปลกปลอม