HIV感染能激发机体的细胞免疫反应和体液免疫反应，HIV特异性CD4+及CD8+T淋巴细胞免疫反应可以抑制HIV病毒复制；中和抗体可以中和游离HIV病毒及已和细胞结合的而尚未进入细胞内的HIV颗粒；自然杀伤细胞（NK）通过抗体依赖性细胞毒性作用能杀伤和溶解HIV感染的细胞等，对HIV的复制起一定抑制作用。急性期后的HIV病毒载量水平降低，并可保持在一定程度的低水平复制，CD4+T淋巴细胞计数在一定程度上恢复正是HIV感染免疫作用的结果。
尽管机体在感染最初针对HIV可以产生强烈的免疫反应，但HIV病毒具有强大的免疫逃逸能力，仍会持续复制。HIV的免疫逃逸机制与高度异质性、选择性下调主要组织相容性抗原（MHC）、CD4+T细胞的损伤、病毒逃逸细胞毒淋巴细胞识别和NK细胞的细胞毒反应功能降低等因素相关。
由于CD4+T细胞是免疫系统的中枢细胞，又是主要的HIV感染靶细胞。HIV感染CD4+T细胞后，随着免疫系统损害的加深及HIV的病毒变异，机体的免疫系统最终对HIV感染失去控制能力，在某些因素的作用下，潜伏的HIV被激活而大量复制和播散，广泛破坏免疫细胞及其他靶细胞，使CD4+T淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞、单核-巨噬细胞、B淋巴细胞、树突状细胞和NK细胞等功能受损，导致免疫功能缺陷以至丧失，最终导致AIDS的发生，患者容易发生机会性感染或肿瘤以至死亡。
