胸腺的免疫功能長期以來對胸腺的功能不甚了解，直到60年代初Miller和Good分別用切除新生小鼠和家兔胸腺的辦法證明了胸腺的免疫功能。
（1）分泌胸腺激素：
胸腺上皮細胞能產生多種激素，如胸腺素、胸腺生成素和胸腺體液因子等。
這些激素可以誘導活化未成熟胸腺細胞的末端脫氧核苷轉移酶，促進T細胞的分化成熟；
不同的激素作用于不同的細胞發育階段，有選擇地發揮免疫調節功能。
胸腺激素的作用沒有種屬特異性，所以目前臨床應用的胸腺素都是從動物胸腺中提取出來的。
（2）訓化T細胞：
在骨髓初步發育的淋巴細胞經由血液循環遷移至胸腺，定位于胸腺的皮質外層；
這些形體較大的細胞為雙陰性（CD4－/CD8－）細胞，約占胸腺細胞總數的10%.外層細胞在胸腺微環境中迅速增殖，并推動細胞不斷向內層遷移，個體形態逐漸變小；內層細胞為雙陽性（CD4+/CD8+）細胞，約占胸腺細胞總數的75%.雙陽性細胞為過渡態細胞，其中90%以上在皮質內凋亡或被巨噬細胞吞噬；
據認為，死亡細胞可能是針對自身抗原進行應答的細胞。
少數胸腺細胞繼續發育并遷移至髓質，成為單陽性（CD4+或CD8+）細胞，醫學教|育網搜集整理約占胸腺細胞總數的15%.只有這些單陽性細胞才是成熟的T細胞，通過髓質小靜脈進入血循環。
（3）其他：
胸腺還可促進肥大細胞發育，調節機體的免疫平衡，維持自身的免疫穩定性。
新生動物摘除胸腺，可引起嚴重的細胞免疫缺陷和總體免疫功能降低。由此可見胸腺在免疫系統中的地位。