经过克隆选择，在功能上成熟并快速分裂出大量“武装”起来的效应T细胞，这些效应T细胞可以和其母细胞识别的MHC-I-抗原复合物结合。细胞毒性T细胞的效应细胞通过MHC-I-抗原复合物识别异常的细胞后，就会释放穿孔素和颗粒溶解素等细胞毒素，破坏靶细胞的细胞膜，使其裂解死亡。效应T细胞也会释放颗粒酶，这种在囊泡内的丝氨酸蛋白酶可以通过小孔进入细胞，并诱导细胞凋亡。这一过程对于正常组织也有可能造成损害，所以细胞毒性T细胞的激活是被严格控制的。一般需要T细胞受体（TCR）与MHC-I-抗原复合物之间相当强的结合力