У процесі дозрівання Т-лімфоцитів поява на їхній поверхні Т-антигенрозпізнаючого рецептора ТCR (Т-cell receptor) вказує на те, що ці лімфоцити можуть приймати участь у формуванні антигенспецифічної імунної відповіді. Т-клітинний рецептор споріднений до молекул багатьох імуноглобулінів. Подібно до імуноглобулінів, Т-клітинні рецептори здатні зв΄ язувати різні мікропептиди мікроорганізмів. Відмінною особливістю є те, що Т-клітинні рецептори синтезуються клітиною, а Т-клітинна активація вимагає презентації чужорідного пептиду в асоціації з молекулами HLA.
Розрізняють два варіанти ТCR. Приблизно 90% Т-клітинних рецепторів є гетеродимерами, які складаються із α - та β -ланцюгів і приблизно 10% - з γ - та δ - ланцюгів. Ці ланцюги ковалентно зв’язані між собою. Гени, які кодують α - та β - ланцюги, розташовані на 14 хромосомі, а гени, які кодують γ - та δ - ланцюги – на 7 хромосомі. Певні Т-лімфоцити мають одну з двох комбінацій - α –β рецептор або γ –δ рецептор. Більшість з механізмів, які залучені в продукцію різноманітних імуноглобулінів (множинні сегменти зародкових ліній, V, J, D соматична рекомбінація та об΄ єднана різноманітність) відносяться до важливих факторів формування різноманітних Т-клітинних рецепторів. Однак, соматична гіпермутація відсутня в генах, які кодують Т-клітинні рецептори. До складу ТCR входить також комплекс молекул CD3, який складається з γ -, β -, ε -поліпептидних ланцюгів. Важливу роль у складі рецептора, особливо при передачі сигналів всередину клітини, відіграє димер з двох ζ -ланцюгів (або ζ - і η -ланцюгів).
При взаємодії ТCR з комплексом антигенних пептидів у асоціації з молекулами HLA значну роль відіграють додаткові молекули CD4 (тотожні до молекул HLA ІІ класу) і CD8 (тотожні до молекул HLA І класу). Вони не входять до складу ТCR, однак приймають участь у міжклітинних контактах. Власне ці молекули й визначають дві основні субпопуляції Т-лімфоцитів: Т-хелперів (CD4) і Т-цитотоксичних лімфоцитів (CD8). Існують й інші додаткові молекули (CD80 і CD28), які впливають на функціональну активність ТCR, що зв’язано з проведенням сигналів всередину клітини. У процесі синтезу молекул ТCR використовується тільки один з великої кількості V-генів. У результаті цього, а також у результаті випадкової комбінації пари ланцюгів, які утворюють ТCR, формуються унікальні, неповторні за специфічністю рецептори. Кожний Т-лімфоцит, аналогічно як і В-лімфоцит, експресують на своїй поверхні тільки один, властивий їм тип рецептору, який здатний розпізнавати тільки один антигенний епітоп. Потомки цих клітин також експресують аналогічний ТCR і здатні формувати моноспецифічні клони клітин.
