NK-клетки были впервые отмечены за их способность убивать опухолевые клетки без какого-либо праймирования или предварительной активации (в отличие от цитотоксических Т-клеток, которые нуждаются в праймировании антигенпрезентирующими клетками). Они названы в честь этого «естественного» убийства. Кроме того, NK-клетки секретируют цитокины, такие как IFNγ и TNFα, которые действуют на другие иммунные клетки, такие как макрофаги и дендритные клетки, усиливая иммунный ответ.

Во время патрулирования НК постоянно связывается с другими ячейками. Убивает ли NK-клетка эти клетки, зависит от баланса сигналов от активирующих рецепторов и ингибирующих рецепторов на поверхности NK-клетки. Активирующие рецепторы распознают молекулы, которые экспрессируются на поверхности раковых и инфицированных клеток, и «включают» NK-клетку. Ингибирующие рецепторы контролируют уничтожение NK.

Большинство нормальных здоровых клеток экспрессируют рецепторы MHC I, которые помечают эти клетки как «свои». Ингибирующие рецепторы на поверхности NK-клетки распознают родственный MHC I, и это «выключает» NK-клетку, предотвращая ее уничтожение. Раковые клетки и инфицированные клетки часто теряют свой MHC I, что делает их уязвимыми для уничтожения NK-клеток. Как только принято решение убить, NK высвобождает цитотоксические гранулы, содержащие перфорин и гранзимы, что приводит к лизису клетки-мишени.  

Пациенты с дефицитом количества NK и уровней цитотоксичности оказываются высокочувствительными к вирусам, патогенам, старение хрупкостькачества Рак.