70年代初NIC的研究人员在研究T细胞对靶细胞的特异杀伤时发现，正常对照小鼠的脾细胞可以像免疫小鼠的脾细胞一样杀伤某些肿瘤细胞，继而发现正常人体外周血淋巴细胞也可以天然杀伤某些癌细胞。这些细胞的杀伤功能不需要预先免疫或致敏，故取名为天然杀伤细胞(NK cells)。

NK细胞形态上属于大颗粒淋巴细胞，来源于骨髓，占白细胞数量的15%。NK细胞与人体其他150多种白细胞都不同，它不需要接受免疫系统的特殊指令，也不需要其他细胞的配合，自己单独就能识别和攻击外来细胞、癌细胞和病毒，在医学上被称作是人体抵抗癌细胞和病毒感染细胞的第一道防线。

NK细胞表面受体(NKR)可以识别被病毒感染的细胞表面表达的多糖分子。其杀伤效应是由其活化后释放出的毒性分子介导，如穿孔素、颗粒酶和TNFa(肿瘤坏死因子)等。NK细胞杀伤的靶细胞主要是肿瘤细胞、病毒感染细胞、较大的病原体(如真菌和寄生虫)、同种异体移植器官、组织等。它具有广谱抗瘤作用，特别是对淋巴瘤和白血病细胞作用更为明显。

由于NK细胞的杀伤活性无MHC限制，不依赖抗体，因此称为自然杀伤活性。NK细胞胞浆丰富，含有较大的嗜天青颗粒，颗粒的含量与NK细胞的杀伤活性呈正相关。NK细胞作用于靶细胞后杀伤作用出现早，在体外1小时、体内4小时即可见到杀伤效应。NK细胞的靶细胞主要有某些肿瘤细胞(包括部分细胞系)、病毒感染细胞、某些自身组织细胞(如血细胞)、寄生虫等，因此NK细胞是机体抗肿瘤、抗感染的重要免疫因素，也参与第Ⅱ型超敏反应和移植物抗宿主反应。