CTL能高效、特异性地杀伤肿瘤细胞，而不损害正常细胞。CTL的效应过程包括识别与结合肿瘤细胞、胞内细胞器重新定向、颗粒胞吐和靶细胞崩解。CTL也能分泌细胞因子调节免疫应答。

1、识别与结合肿瘤细胞：CTL在趋化因子的作用下离开淋巴组织，向肿瘤部位集聚。CTL高表达黏附分子，可有效结合表达相应配体的肿瘤细胞。TCR识别肿瘤细胞提呈的特异性抗原肽，形成免疫突触使CTL分泌的效应分子在局部形成很高的浓度，从而选择性杀伤所接触的靶细胞，而不影响邻近正常细胞。

2、胞内细胞器重新定向：CTL识别肿瘤细胞表面抗原-MHCⅠ后，TCR和共受体向效-靶细胞接触部位聚集，导致CTL内某些细胞器的极化，保证CTL胞质颗粒中的效应分子释放后能有效作用于所接触的肿瘤细胞。

3、颗粒胞吐和靶细胞崩解：CTL胞质颗粒中的效应分子释放到效-靶细胞接触面，效应分子对肿瘤细胞进行致死性攻击。CTL主要通过两条途径发挥对肿瘤细胞的特异性杀伤作用，一是脱颗粒途径，二是死亡受体途径。