HIV感染能激發機體的細胞免疫反應和體液免疫反應,HIV特異性CD4+及CD8+T淋巴細胞免疫反應可以抑制HIV病毒複製;中和抗體可以中和遊離HIV病毒及已和細胞結合的而尚未進入細胞內的HIV顆粒;自然殺傷細胞(NK)通過抗體依賴性細胞毒性作用能殺傷和溶解HIV感染的細胞等,對HIV的複製起一定抑制作用。急性期後的HIV病毒載量水平降低,並可保持在一定程度的低水平復制,CD4+T淋巴細胞計數在一定程度上恢復正是HIV感染免疫作用的結果。
儘管機體在感染最初針對HIV可以產生強烈的免疫反應,但HIV病毒具有強大的免疫逃逸能力,仍會持續複製。HIV的免疫逃逸機制與高度異質性、選擇性下調主要組織相容性抗原(MHC)、CD4+T細胞的損傷、病毒逃逸細胞毒淋巴細胞識別和NK細胞的細胞毒反應功能降低等因素相關。
由於CD4+T細胞是免疫系統的中樞細胞,又是主要的HIV感染靶細胞。HIV感染CD4+T細胞後,隨著免疫系統損害的加深及HIV的病毒變異,機體的免疫系統最終對HIV感染失去控制能力,在某些因素的作用下,潛伏的HIV被激活而大量複製和播散,廣泛破壞免疫細胞及其他靶細胞,使CD4+T淋巴細胞、CD8+T淋巴細胞、單核-巨噬細胞、B淋巴細胞、樹突狀細胞和NK細胞等功能受損,導致免疫功能缺陷以至喪失,最終導致AIDS的發生,患者容易發生機會性感染或腫瘤以至死亡。