CTL杀伤靶细胞是一个连续过程，可分为三个阶段，主要研究内容如下：
1、效应靶细胞结合：CTL是通过其膜上的受体TCR，即Ti-CD3分子与靶细胞结合，此时膜上的淋巴细胞功能相关抗原Ⅰ与靶细胞膜上的配基Ⅰ，又称细胞内粘附分子相互作用，即靶细胞与效应细胞初步接触。此时亲和力低，为非特异性的，但可促使TCR识别抗原分子，一旦识别抗原CD3分子传导信号，可通过β链磷酸化从而导致LFA-1的激活，被激活的LFA-1介导CTL与靶细胞结合。
2、第二信使的激活与信息传导：CTL与靶细胞结合的信息可导致CTL膜中与鸟嘌呤核苷结合蛋白相关的磷脂酶C的活化，此酶水解膜组分PIP2（磷脂酰肌醇二磷酸），所得产物IP3（肌醇三磷酸）与DG（二酯酰甘油）都可被看作第二信使，IP3与DG又激发两个互相联系又互相独立的分子反应，
3、Ca离子释放与蛋白激酶的活化：IP3能使Ca2+储存网迅速释放Ca2+造成胞液中Ca2+上升，游离Ca2+能活化钙调素依赖性蛋白激酶使蛋白磷酸化，后者可激发核内DNA复制；DG与游离Ca2+反应激活胞浆中的重要介质PKC（蛋白激酶C），PKC使胞浆内颗粒中的蛋白质分子磷酸化，使膜上的LFA-1的β链磷酸化，磷酸化的LFA-1又与细胞骨架相互作用从而引导细胞颗粒迁移到与靶细胞相结合的部位，释放各种溶细胞介质，从而促使靶细胞溶解和死亡
二、靶细胞的溶解与死亡原因
主要是靶细胞膜损伤后所致的细胞破裂和DNA断裂引起的核崩解促使靶细胞死亡，至此过程CTL可产生多种细胞毒介质杀伤祝细胞，这些介质包括：穿孔素、丝氨酸酯醇、干扰素和肿瘤坏死因子，这4种介质中，穿孔素的杀伤机制是当杀伤细胞粘着在配细胞膜上，前者胞质含有的穿孔素颗粒在高浓度Ca2+存在下被降解，释放穿孔素单位进入细胞间隙，通过聚合作用在靶细胞膜上形成跨膜通道，导致胶体渗透破坏细胞，但一般认为，在人体中不依赖Ca2+的非穿孔素杀伤及旁杀伤作用（如肿瘤坏死因子样杀伤等）可能是机体杀伤靶细胞的基本途径。而IL-2诱导的依赖Ca2+的穿孔素样杀伤作用则可能是应激状态下的辅助途径 。
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