免疫方式有两种，分别为细胞免疫和体液免疫。
在细胞免疫中，益生菌能激活巨噬细胞，它可以吞噬和杀灭多种病原微生物，同时诱导其释放两种武器----肿瘤坏死因子（TNF-α）和白细胞介素6号（IL-6）。肿瘤坏死因子，顾名思义，就是对癌细胞有杀伤作用，引起肿瘤出血坏死的活性因子。白细胞介素也是很重要的免疫活性因子，它参与炎症反应，调节机体免疫功能。益生菌菌体胞外产物和细胞壁肽聚糖都具有一定免疫活性。完整细胞（或完整肽聚糖）可发挥免疫佐剂活性。但研究表明菌体细胞破碎液甚至双歧杆菌基因组DNA也能激活巨噬细胞。这就是为什么普通无活菌的酸奶也具有一定的免疫功能。
益生菌也可以激活T细胞和NK细胞(Natural Killer Cell，自然杀伤细胞)，两者都能起到细胞杀伤作用，阻断入侵细胞。还有一些研究显示某些益生菌能促进脾细胞增殖，脾脏重量增加，使免疫功能增强。以及能产生其它细胞因子如白细胞介素-1，白细胞介素-10（IL-1，IL-10）或干扰素。
在体液免疫中，另一种免疫细胞B细胞受到益生菌刺激，产生的不同类型抗体免疫球蛋白（IgA）增多，然后结合一个保护免疫球蛋白的分泌小体成为sIgA，再由肠黏膜上皮细胞释放，抑制病原微生物的定植，免疫应答功能增强。
益生菌对过敏症状的改善也是免疫系统平衡的体现
