Immunologia systemowa jest ogólnie naukowym badaniem różnych typów komórek, sygnałów biologicznych i cząsteczek, które wchodzą w interakcje jako część układu odpornościowego organizmu. Naukowcy próbują matematycznie modelować, jak każdy z nich działa i reaguje na przykład na nowe szczepionki i leki. Ogólna wiedza o tym, w jaki sposób każdy typ komórki normalnie oddziałuje z innym, a także z wieloma różnymi białkami i enzymami, jest również zazwyczaj niezbędna. Dziedzina ta jest często uważana za część dziedziny biologii systemów, w której naukowcy badają interakcje i funkcje każdej części ciała.
Oprócz matematyki naukowcy specjalizujący się w immunologii systemów często wykorzystują komputery do analizy różnych elementów biologicznych. Mikrochipy mogą być używane do analizy cząsteczek, podczas gdy różne inne urządzenia laboratoryjne są często stosowane do mieszania różnych związków i monitorowania zachodzących reakcji. Naukowcy czasami używają takich technik, aby wybrać leki do badań. Osoby biorące udział w badaniach klinicznych mogą być również monitorowane za pomocą zaawansowanego sprzętu do wykrywania odpowiedzi układu odpornościowego na opracowywane leki.
Laboratoria na całym świecie badają immunologię systemów, często w celu znalezienia leków skutecznych przeciwko różnym infekcjom i chorobom, takim jak malaria, gruźlica i ludzki wirus niedoboru odporności (HIV). Takie obiekty często zależą od finansowania lokalnego i regionalnego. Aby pracować w tej dziedzinie, często wymaga się zaawansowanego doświadczenia akademickiego, zwykle na poziomie podoktoranckim. Zasadniczo konieczna jest wiedza o tysiącach genów kodujących białka, a także o reakcjach zachodzących na poziomie systemowym i komórkowym.
Układ odpornościowy składa się z komórek atakujących obce organizmy, zwanych fagocytami, a także z tych, które pamiętają sygnaturę molekularną poprzednich atakujących osobników, zwanych limfocytami. Niektóre z nich szukają na przykład wirusów i bakterii, podczas gdy inne reagują po zidentyfikowaniu infekcji. Odpowiedzi są zazwyczaj zależne od białek zwanych przeciwciałami. W sygnalizacji między komórkami oraz w zapoczątkowaniu i zatrzymaniu odpowiedzi immunologicznej bierze udział szereg enzymów i innych białek.
Komputery są często używane do modelowania interakcji genów, komórek, białek i obcych substancji, a także do przewidywania reakcji układu odpornościowego. Immunologia systemowa może być stosowana zarówno w leczeniu pacjenta, jak i diagnozowaniu u niego choroby. Naukowcy zajmujący się badaniami immunologicznymi systemów często współpracują z ekspertami w dziedzinie farmakologii, chemii i projektowania badań klinicznych, podczas gdy specjaliści w dziedzinie komputerów i biologii często znają koncepcje z obu dziedzin.