Τα θυμοκύτταρα είναι κύτταρα που ζουν στον θύμο αδένα, ένα όργανο του ανοσοποιητικού συστήματος. Οι βιολόγοι κατηγοριοποιούν αυτά τα κύτταρα ως αιμοποιητικά προγονικά κύτταρα, πράγμα που σημαίνει ότι είναι σε θέση να διαφοροποιηθούν σε άλλα αιμοσφαίρια. Μέσα στον θύμο, τα θυμοκύτταρα εισέρχονται σε μια διαδικασία επιλογής και ωρίμανσης που ονομάζεται θυμοποίηση και γίνονται Τ λεμφοκύτταρα ή Τ κύτταρα, σημαντικά κύτταρα για το ανοσοποιητικό σύστημα. Κατά τη διάρκεια των τριών σταδίων της θυμοποίησης, ελαττωματικά κύτταρα ή κύτταρα που είναι επιβλαβή για το σώμα φιλτράρονται και αποβάλλονται. Εάν ένα θυμοκύτταρο περάσει και τα τρία στάδια, εισέρχεται στην κανονική κυκλοφορία του αίματος του σώματος ως ώριμο Τ κύτταρο.
Τα αιμοποιητικά προγονικά κύτταρα του μυελού των οστών που ταξιδεύουν μέσω του αίματος και φυσικά φτάνουν στον θύμο γίνονται αυτόματα θυμοκύτταρα. Στο πρώτο στάδιο της θυμοποίησης, τη διαδικασία επιλογής βήτα, ένα πρώιμο θυμοκύτταρο επιχειρεί να δημιουργήσει έναν υποδοχέα Τ κυττάρων κόβοντας το DNA και συνδέοντας τα διαφορετικά γονιδιακά του θραύσματα. Με αυτόν τον τρόπο, κάθε Τ κύτταρο έχει διαφορετικό υποδοχέα Τ κυττάρων που μπορεί να αναγνωρίσει και να αμυνθεί έναντι μιας ευρύτερης ποικιλίας βακτηρίων και ιών. Το σώμα εξαλείφει τυχόν θυμοκύτταρα που δεν είναι σε θέση να δείξουν με επιτυχία τους υποδοχείς Τ-λεμφοκυττάρων τους στις κυτταρικές τους επιφάνειες.
Στο δεύτερο στάδιο της θυμοποίησης, τη διαδικασία θετικής επιλογής, ένα θυμοκύτταρο πρέπει να αποδείξει ότι ο υποδοχέας των Τ κυττάρων του μπορεί να συνδεθεί με ένα μόριο κύριου συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας (MHC). Όταν αυτά τα μόρια έχουν πρωτεΐνες στις κυτταρικές τους επιφάνειες, ένα Τ κύτταρο πρέπει να συνδεθεί μαζί τους για να καθορίσει εάν η πρωτεΐνη είναι ασφαλής ή επικίνδυνη για το σώμα. Οποιαδήποτε θυμοκύτταρα με υποδοχείς Τ-λεμφοκυττάρων που δεν μπορούν να συνδεθούν με μόρια MHC υφίστανται απόπτωση, κυτταρικό θάνατο. Ορισμένα θυμοκύτταρα που διατρέχουν κίνδυνο απόπτωσης μπορούν να σωθούν δημιουργώντας νέους υποδοχείς Τ-λεμφοκυττάρων σε αυτό το στάδιο.
Η θυμοκύτταρα τελειώνει όταν τα θυμοκύτταρα περνούν τη διαδικασία αρνητικής επιλογής, κατά την οποία το σώμα αποβάλλει τυχόν θυμοκύτταρα που είναι σε θέση να συνδεθούν με αυτο-πρωτεΐνες. Οι αυτο-πρωτεΐνες είναι αβλαβείς πρωτεΐνες που παράγονται από το σώμα και τα Τ κύτταρα που συνδέονται με τις αυτο-πρωτεΐνες μπορούν να προκαλέσουν κατά λάθος ανοσολογικές αποκρίσεις. Αφού περάσουν επιτυχώς τη θυμόπτωση, τα κύτταρα εισέρχονται στην κυκλοφορία του αίματος ως ώριμα Τ κύτταρα και συμμετέχουν ως μέλη του ανοσοποιητικού συστήματος. Ορισμένα Τ κύτταρα μπορεί να περάσουν από τη διαδικασία αρνητικής επιλογής, παρόλο που μπορούν να συνδεθούν με αυτο-πρωτεΐνες, αλλά αυτά τα κύτταρα συνήθως καταστέλλονται ή εξαλείφονται από τα ρυθμιστικά κύτταρα. Εάν αυτά τα ρυθμιστικά κύτταρα αποτύχουν, το άτομο μπορεί να αναπτύξει μια αυτοάνοση ασθένεια στην οποία τα κύτταρα επιτίθενται στο σώμα.