Естественная иммунная система состоит из нескольких подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение определенных функций. Главная же функция самой иммунной системы в целом – многоуровневая защита против внешних антигенов, основывающаяся на действии врожденных и приобретенных защитных механизмов.

Действие естественной иммунной системы заключается в распознавании всех клеток организма и классификации их как своих (родных) или чужих. Далее чужеродные клетки классифицируются с целью стимуляции подходящего защитного механизма. В процессе эволюции иммунная система обучается различать внешние антигены и собственные клетки организма. Установлено, что в организме человека поддерживается большое количество иммунокомпетентных клеток, которые циркулируют по всему телу. Основным типом клеток, участвующих в иммунном ответе являются лимфоциты (Т- и В-лимфоциты).

В искусственных иммунных системах наибольший интерес представляет процесс выработки антител В-лимфоцитами при попадании антигена в организм. Лишь малая часть синтезированных антител способна к распознаванию антигена. Иммуннокомпетентые клетки (т. е. лимфоциты, продуцирующие антитела, способные к связыванию с антигеном) клонируются. Этот процесс, называемый размножением клона, формирует многочисленную популяцию специфичных к антигену клеток. Большое количество иммунокомпетентных клеток приводит к разрушению или нейтрализации антигена. Часть образовавшихся клеток сохраняется для иммунной памяти на случай будущего возможного контакта с антигеном. В результате последующее воздействие похожего антигена приводит к более быстрой иммунной реакции (вторичному ответу).

Естественная иммунная система представляет большой интерес как система, способная эффективно обрабатывать значительные объемы данных. По сути, она выполняет большой объем сложных параллельных вычислений. Иммунная система функционирует как второй мозг, поскольку способна хранить информацию об интенсивности предыдущих контактов и адекватно реагировать на них (решать уже имевшие место задачи) и отвечать на новые, ранее не встречавшиеся антигены (решать новые задачи).