天然免疫效应
由单核-巨噬细胞分泌的细胞因子具有强大的抗病毒、抗细菌感染作用。如Ⅰ型IFN、IL-15、IL-12可抑制细胞合成DNA和RNA病毒复制的酶，从而干扰病毒复制，促进NK细胞增殖并增强其对病毒感染细胞的杀伤能力。TNF-α、IL-1、IL-6和趋化性细胞因子可促进血管内皮细胞表达黏附分子，促进炎症细胞在感染部位浸润、活化和释放炎症介质。
特异性免疫效应
大多数细胞因子具有上调免疫功能的作用。其中IL-2、IL-12和IFN-γ对T细胞功能上调作用最强；IL-4、IL-5、IL-6和IL-10对B细胞功能上调作用最强。有些细胞因子可下调免疫功能，如TGF-β可抑制造血干细胞、T细胞、B细胞、上皮细胞和内皮细胞的生长，并可抑制巨噬细胞和NK细胞的吞噬和杀伤活性；IL-4、IL-410和IL-13可通过抑制巨噬细胞活化和抑制CD4+Th1细胞产生IFN-γ、IL-2和TNF-β等细胞因子的作用，下调细胞免疫功能；IFN-γ可通过抑制CD4+Th2细胞产生IL-4、5、6、10等细胞因子的作用，下调体液免疫功能。
刺激造血细胞增生分化
有些细胞因子可刺激造血干细胞或不同发育分化阶段的造血细胞增殖分化。
（1）SCF和Multi-CSF（IL-3）可刺激早期多能造血干细胞增殖分化；
（2）GM-CSF可刺激晚期髓系干细胞即粒系干细胞、单核系干细胞和红系干细胞等增殖分化；
（3）G-CSF和M-GSF分别对粒系干细胞和单核系干细胞作用；
（4）EPO对红系干细胞起作用；
（5）IL-6和IL-11对巨核干细胞起作用，而IL-7则对淋巴造血细胞即前B细胞和前T细胞起作用。
细胞毒效应
细胞因子可直接、间接诱导或抑制细胞毒作用。作用于NK、CTL等细胞可发挥细胞毒作用；TNF-α在体外可诱导肿瘤细胞、树突状细胞、大鼠肝细胞和小鼠胸腺细胞凋亡；IL-2、TNF、IFN-γ可通过促进Fas抗原表达而间接诱导细胞凋亡；IL-2、IL-7可抑制T细胞凋亡，促进增生。