核酸疫苗的免疫機理主要可以歸納為以下幾點：
1 核酸疫苗是近年發展的一種核酸介導的免疫接種疫苗，其本質是含有病原體抗原基因的真核表達載體當它被導入機體后，可被機體細胞所攝取并表達病原體的抗原蛋白，從而誘發機體對該蛋白的免疫反應。隨著導入途徑和部位的不同可引發全身或局部的免疫反應。在全身性的免疫應答反應中，既可激活體液免疫，也可誘發細胞免疫。
2 核酸疫苗可以引發全面的免疫應答
當帶有高效表達調控序列的保護性抗原基因導入動物體細胞（任何有核細胞）后，只有少量被細胞攝取而進入細胞核，在載體上的啟動子調控下，轉錄出抗原基因mRNA，后者進入胞漿而轉譯出相應的抗原蛋白。
抗原呈幾種方式而呈遞到免疫系統：①抗原在細胞內經加工后與MHCI分子結合呈遞到細胞表面，刺激細胞毒性T淋巴細胞（CTL）；②蛋白質從細胞中釋放出來與B細胞受體結合，刺激B細胞；③部分釋放出的蛋白質被抗原呈遞細胞所吸收、降解，然后與MHCII分子結合后刺激輔助性T細胞，最終引發了免疫系統的響應。免疫系統的響應程度，它與不同的免疫部位、細胞的表達程度和是否增加免疫調節基因有關。
3 核酸疫苗還可誘發局部的免疫應答和免疫記憶
如果用基因槍將包裹有核酸疫苗的金顆粒導入粘膜下，即可能被粘膜下豐富的粘膜相關淋巴組織中的淋巴細胞或粘膜上皮細胞攝取并表達，產生的抗原蛋白也很容易被局部豐富的抗原提呈細胞（APC）識別、攝取、加工并提呈給TH細胞，進一步激活局部淋巴濾泡中的B細胞分化為漿細胞和Bm細胞，后者產生免疫記憶，前者可合成IgA，且兩個IgA單體有J鏈連接在一起，通過粘膜時，由粘膜上皮細胞產生的分泌片與雙體IgA連接，組成穩定的分泌型IgA隨粘膜分泌液一起排出細胞，分布于粘膜表面，在粘膜局部防御感染中起十分重要的作用。
4 近年來發現細菌DNA本身也是一種免疫佐劑，可有效地激活免疫效應細胞
介導這一作用是一類具有特征性的短核苷酸序列，被稱為免疫刺激DNA序列。ISS的發現以及對其生物學功能研究的不斷深入，擴展了人們對DNA生物學的新認識。有學者認為，對ISS的研究有望提供一種高效、低毒、適用于人類及動物的新型佐劑。
5 還有人認為DNA免疫時，肌細胞和抗原提呈細胞（APC）均被轉染，引起CD4+、CD8+T細胞亞群的同時活化，產生了特異性免疫應答。肌肉細胞如何吸收質粒DNA，機制尚不明確。有人提示可能與骨骼肌纖維有豐富的含多處內折的T小管系統有關，其獨特的解剖結構有助于質粒DNA的吸收。