تم ملاحظة الخلايا القاتلة الطبيعية لأول مرة لقدرتها على قتل الخلايا السرطانية دون أي فتيلة أو تنشيط مسبق (على عكس الخلايا التائية السامة للخلايا ، والتي تحتاج إلى فتيلة بواسطة الخلايا العارضة للمستضد). تم تسميتهم بهذا القتل "الطبيعي". بالإضافة إلى ذلك ، تفرز الخلايا القاتلة الطبيعية السيتوكينات مثل IFNγ و TNFα ، والتي تعمل على الخلايا المناعية الأخرى مثل البلاعم والخلايا التغصنية لتعزيز الاستجابة المناعية.

أثناء وجود NK في دورية ، اتصل باستمرار بالخلايا الأخرى. يعتمد ما إذا كانت الخلية NK تقتل هذه الخلايا أم لا على توازن الإشارات من المستقبلات النشطة والمستقبلات المثبطة على سطح الخلية NK. تتعرف مستقبلات التنشيط على الجزيئات التي يتم التعبير عنها على سطح الخلايا السرطانية والخلايا المصابة ، و "تشغيل" الخلية القاتلة الطبيعية. تعمل المستقبلات المثبطة بمثابة فحص لقتل ناغورني كاراباخ.

تعبر معظم الخلايا السليمة الطبيعية عن مستقبلات MHC I التي تميز هذه الخلايا على أنها "ذاتية". تتعرف المستقبلات المثبطة على سطح الخلية القاتلة الطبيعية على MHC I المتشابه ، وهذا `` يغلق '' الخلية القاتلة الطبيعية ، ويمنعها من القتل. غالبًا ما تفقد الخلايا السرطانية والخلايا المصابة معقد التوافق النسيجي الكبير I ، مما يجعلها عرضة لقتل الخلايا القاتلة الطبيعية. بمجرد اتخاذ قرار القتل ، تطلق NK حبيبات سامة للخلايا تحتوي على perforin و Granzymes ، مما يؤدي إلى تحلل الخلية المستهدفة.  

ثبت أن المرضى الذين يعانون من نقص في أعداد NK ومستويات السمية الخلوية معرضون بدرجة كبيرة للفيروسات ومسببات الأمراض ، الشيخوخة الضعفو سرطان.