除了一些少數細胞和沒有細胞核的細胞（如紅血球），宿主的細胞表面幾乎都會表現第一類MHC分子。當細胞被病毒感染時（或其他胞內病原體），細胞會降解外來蛋白質，并由第一類MHC分子將蛋白質片段表現于細胞表面，以利于CD8+ T細胞辨識，此動作稱為抗原呈現。
細胞毒性T細胞的活化取決于T細胞表面的分子和抗原呈遞細胞表面分子之間的交互作用。例如雙訊息模型：
訊息T細胞APC描述
第一訊息TCR第一類MHC分子CD8輔助受體和第一類MHC分子之間會引發交互作用以穩定信息分子。
第二訊息T細胞上的CD8CD80或CD86（又稱B7-1和B7-2）由輔助型T細胞釋出，可活化細胞毒性T細胞。CD80和CD86在T細胞活化中扮演著“協同刺激信號”的角色。
殺手T細胞的活化大多是靠TCR偵測到抗原所引發，但也有少部分是靠替代路徑。舉例來說，研究顯示細胞毒性T細胞如果被其他CD8 T細胞視為目標，會引起對于后者的耐受作用。
細胞毒性T細胞一旦活化，便會在IL-2的刺激下開始快速增殖。IL-2是一種T細胞的成長和細胞分化因子，使T細胞能夠更有效的清除體內含有抗原的體細胞。
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