趨化因子的主要作用是誘導細胞定向遷移，被趨化因子吸引的細胞沿著趨化因子濃度增加的信號向趨化因子源處的遷徙。
有些趨化因子在免疫監視過程中控制免疫細胞趨化，如誘導淋巴細胞到淋巴結，這些淋巴結中的趨化因子通過與這些組織中的抗原提呈細胞相互作用而監視病原體的入侵。這些被稱為穩態趨化因子，在不需要刺激源細胞的情況下產生和分泌。有些趨化因子在發育中起作用；
他們能刺激新血管形成（血管新生）；引導細胞進入組織，為細胞的成熟提供特定的信號。其他趨化因子在炎癥反應中起關鍵作用，可以因應對細菌感染、病毒感染而由多種細胞釋放；也可以因非感染性的刺激如二氧化硅吸入，尿路結石等而釋放。
趨化因子的釋放通常由炎癥細胞因子如白細胞介素1 (IL-1) 刺激引起。炎性趨化因子的主要作用是作為白細胞的趨化劑，從血液中吸引單核細胞、中性粒細胞和其他效應細胞到感染或組織損傷的部位。某些炎性趨化因子可激活細胞來啟動免疫反應或促進傷口愈合。它們由許多不同的細胞類型釋放，并對天然免疫系統和適應性免疫系統的細胞起引導作用。