细胞毒性T淋巴细胞和自然杀伤细胞通过以下3种方式直接溶解恶性或被感染细胞。
1、颗粒介导的细胞毒性，涉及穿孔素和颗粒酶B。
穿孔素和颗粒酶从溶解颗粒中释放到突触间隙。穿孔素在靶细胞膜上形成孔隙。在高浓度的穿孔素下，通过孔的渗透通量导致细胞肿胀和坏死细胞死亡。穿孔素可通过直接扩散或内吞作用促进颗粒酶B的摄取。颗粒酶B通过Bad裂解tbasd直接切割caspase3诱导细胞凋亡或触发线粒体凋亡途径。tBid招募Bax/Bak，导致线粒体外膜通透(MOMP)和细胞凋亡。颗粒酶B也可能降解Mcl-1，释放Bim来激活MOMP。颗粒酶B还可以切割ICAD导致DNA损伤，a-微管蛋白导致细胞骨架降解，或gasderminE，在细胞膜上形成孔，诱导焦亡。
2、死亡受体介导的细胞毒性：DR4、DR5、Fas等。
通过FasL或trail连接死亡受体(Fas/DR4/DR5)，触发由FADD和前半胱天蛋白酶8/10组成的死亡诱导信号复合物(DISC)的组装。Caspase8/10通过直接切割caspase3或通过Bid切割线粒体凋亡途径诱导细胞凋亡。
3、TNF介导的细胞毒性
通过TNF连接TNFR1，触发复合物I(TRADD、RIPK1、TRAF2、cIAP1/2)的组装。LUBAC泛素化复合物I成分，通过NF-kB和MAPK通路导致促生存信号传导。在没有泛素化的情况下，RIPK1与FADD和前半胱spase8/10解离并形成复合物II。前caspase8/10的裂解通过与FasL/trail相同的途径触发细胞凋亡。在前caspase8不足的情况下，RIPK1也可以招募RIPK3，从而激活MLKL来触发坏死。
在靶细胞膜形成孔是颗粒介导的细胞毒性的第一步，是渗透通量引起的坏死和颗粒酶B摄取引起的细胞凋亡所必需的。
对颗粒介导的细胞毒性的抵抗，显著降低淋巴细胞毒性。
对穿孔素耐受最初被确定为细胞毒性淋巴细胞（包括CTL和NK细胞）的一个特征，与各种非细胞毒性细胞系相比，这些细胞不太容易被纯化的穿孔素杀死。这种抗性保证淋巴细胞释放其细胞毒性物质时，自己首先可以生存。
恶性细胞也被观察到对穿孔素耐受，机制包括脂质顺序改变、磷脂酰丝氨酸暴露、细胞刚度调节和组织蛋白酶B介导的降解。
膜组分改变可以改变Lipid Order，如在胆固醇掺入时增强Lipid Order。
从发现穿孔素开始，人们就知道穿孔素优先与合成脂质体或低级别液相脂质结合(例如DOPC)，而非高阶凝胶相脂质(例如DPPC)。因为细胞毒性T细胞膜主要是排列紧密的高级别脂质膜，穿孔素不易与其结合，产生耐受，保护细胞毒性淋巴细胞免受穿孔素的自伤害。
对穿孔素耐受的癌症细胞，通过增加胆固醇，提升Lipid Order，对穿孔素产生耐受。
磷脂酰丝氨酸是一种带负电荷的磷脂，通常定位于细胞膜的胞内小叶，但在某些细胞状态下（如死亡，凋亡等）可以外化到外小叶。
重要的是，磷脂酰丝氨酸可以在免疫突触的淋巴细胞膜上外化，被认为是一种防止穿孔素孔形成的保护机制。原子力显微镜显示，穿孔素能够与含有平面脂质双分子层的磷脂酰丝氨酸结合，但他们形成蛋白质聚集物，而非跨膜孔。
磷脂酰丝氨酸外翻暴露是癌细胞的共同特征，在某些情况下还可以进一步增强，从而产生对于穿孔素的耐受，即使此时CAR-T等细胞毒性细胞功能正常。
疟原虫感染的红细胞表面磷脂酰丝氨酸的增加，对于穿孔素敏感性的降低。
细胞的物理特性（包括细胞的张力或刚度）影响对穿孔素的敏感性。与健康细胞相比，癌细胞相对柔软和可变形，柔软的CD133+肿瘤再生细胞被发现对穿孔素耐受。
除了穿孔素外，颗粒酶也是颗粒介导的细胞毒性的重要组成部分。穿孔素孔形成后，颗粒酶进入靶细胞并切割各种靶点，有效地诱导细胞死亡。
颗粒酶活性可能通过两种方式降低。通过抑制穿孔素抑制导致的颗粒酶摄取减少；通过直接抑制颗粒酶功能。
死亡受体介导的细胞毒性，是细胞毒性淋巴细胞清除靶细胞的另一个关键机制。癌症细胞通过三种机制来逃避死亡受体介导的细胞毒性。
①FLIPs：FADD-like IL-1b converting enzyme (FLICE)-inhibitory proteins
FLICE Inhibitory Proteins (FLIPs）死亡受体抑制剂的最典型特征的家族之一是FLIPs。该蛋白家族包括病毒(v-FLIP)和细胞(c-FLIP)蛋白，它们具有很高的序列同源性。几种FLIP剪接变异在人类中表达，但主要形式包括短变异c-flips和长变异c-FLIPL。长变体包含一个额外的c端结构域，类似于caspase8和10的催化结构域，但没有caspase酶活性。c-FLIP的高肿瘤表达，特别是长变异的高表达，已被发现与一系列癌症的不良预后相关，包括急性髓系白血病、结肠直肠癌和非小细胞肺癌。
比如DcR1，和DcR2，缺少胞内功能段，与TRAIL结合后，削弱其诱导凋亡的功能。在乳腺癌、前列腺癌和白血病中，DcR1或DcR2的表达与肿瘤进展和不良预后相关。
研究发现，对NK细胞毒性具有抵抗力的癌细胞，可以进行广泛的细胞骨架重构，降低颗粒酶摄取。因而细胞骨架抑制剂可以恢复颗粒酶水平和细胞毒性。
颗粒酶诱导的细胞死亡也可以通过直接抑制颗粒酶活性来减少。如：serpinB9直接作用于颗粒酶B，通过自噬降解颗粒酶B，以及破坏gasdermin介导的焦亡。
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