由于乳鐵蛋白在機體的外分泌液中廣泛分布，因此可以作為機體的第一道天然免疫屏障參與免疫調節。乳鐵蛋白是重要的炎癥反應調控因子之一，是參與調節免疫系統的重要成分，能夠保護機體抵抗微生物的感染，降低由大腸桿菌、傳染性腹瀉的發生率，改善剛斷奶小豬的生長狀況。對免疫系統未發育完善的新生兒而言，富含乳鐵蛋白的初乳可以幫助其激活并調節免疫系統的功能，同時促進自身免疫系統的迅速建立。口服牛乳鐵蛋白增加淋巴結和脾臟中細胞的數量，提高腹腔巨噬細胞和脾臟NK細胞的活性，增強Th1型T細胞IL-12和IFY-γ等細胞因子的產生。乳鐵蛋白通過阻斷細胞凋亡的信號通過，抑制免疫細胞的程序性細胞死亡；還可以通過與抗原層遞細胞的交互作用，調節T淋巴細胞的成熟和分化、Th1/Th2細胞因子的平衡。