NK细胞可通过多种途径被活化，包括膜表面的CD2、CD3分子和多种细胞因子。

1.通过CD3分子的ζ链　NK细胞不表达TCR/CD3复合物，但部分NK细胞表达CD3ζ链，当用CD16抗体刺激NK细胞活化时，ζ链发生酪氨酸磷酸化，引起胞浆内Ca²⁺浓度升高，IP3水平增加，促进细胞因子合成和ADCC作用。

2.通过CD2分子　CD2与CD58相互作用或用CD2McAb刺激可活化NK细胞，CD3ζ链发生酪氨酸磷酸化。

3.自然杀细胞刺激因子　自然杀伤细胞刺激因子（natrualkiller cell stimulatory factor ,NKSF）对NK细胞有刺激作用。

IL-2、IL-12、IFN-α、TNF-α以及白细胞调节素（liukoregulin,LR）对NK细胞的活化和分化有正调节作用，体外培养时加入上述细胞因子可明显提高NK的杀伤活性。前列腺素（PG）E1、E2、D2和肾上腺皮质激素等对NK细胞的活性有抑制作用。

NK细胞表面具有IL-2中亲和性受体，IL-2诱导NK的杀伤活性约需18-24小时，此外，IL-2还可诱导NK细胞的增殖，一般在刺激后3-4天开始发生增殖，其机理为IL-2可诱导NK细胞表达IL-2Rα链，新表达的α链与原先细胞表面的β链和γ链结合形成高亲和性受体，在IL-2存在下刺激NK细胞发生增殖。IL-2诱导NK细胞的活性机理尚不清楚，可能与增加细胞粘附分子的表达，提高对NK抵抗靶细胞的杀伤活性的关，还可能增加NK细胞胞浆中的颗粒以及丝氨酸酯酶mRN的表达，活化和促进杀伤介质的杀作用。