Tế bào NK lần đầu tiên được chú ý vì khả năng tiêu diệt tế bào khối u mà không cần mồi hoặc kích hoạt trước (trái ngược với tế bào T gây độc tế bào, cần mồi bởi tế bào trình diện kháng nguyên). Chúng được đặt tên cho kiểu giết người 'tự nhiên' này. Ngoài ra, tế bào NK tiết ra các cytokine như IFNγ và TNFα, hoạt động trên các tế bào miễn dịch khác như tế bào Macrophage và Dendritic để tăng cường phản ứng miễn dịch.

Trong khi đi tuần NK liên tục liên lạc với các tế bào khác. Tế bào NK có tiêu diệt được các tế bào này hay không phụ thuộc vào sự cân bằng tín hiệu từ các thụ thể hoạt hóa và thụ thể ức chế trên bề mặt tế bào NK. Kích hoạt các thụ thể nhận ra các phân tử được biểu hiện trên bề mặt của tế bào ung thư và tế bào bị nhiễm, và 'bật' tế bào NK. Các thụ thể ức chế đóng vai trò kiểm tra việc tiêu diệt NK.

Hầu hết các tế bào khỏe mạnh bình thường biểu hiện các thụ thể MHC I đánh dấu các tế bào này là 'tự thân'. Các thụ thể ức chế trên bề mặt tế bào NK nhận ra MHC I cognate, và điều này 'tắt' tế bào NK, ngăn không cho nó giết chết. Tế bào ung thư và tế bào bị nhiễm bệnh thường mất MHC I, khiến chúng dễ bị tế bào NK giết chết. Một khi quyết định tiêu diệt được thực hiện, NK sẽ giải phóng các hạt gây độc tế bào có chứa perforin và granzyme, dẫn đến ly giải tế bào đích.  

Bệnh nhân thiếu số lượng NK và mức độ độc tế bào, được chứng minh là rất nhạy cảm với Virus, Tác nhân gây bệnh, Tuổi già yếuvà Ung thư.