T細胞表面有多種膜表面分子，這是T細胞識別抗原，與其它免疫細胞相互作用，接受信號刺激等的分子基因，也是鑒別和分離T細胞和T細胞亞群的重要依據。T細胞膜表面分子主要有白細胞分化抗原（CD）、主要組織兼容性抗原（MHC）以及各種膜表面的受體。
1.主要的分化抗原群 T細胞的分化抗原群和T細胞膜表面分子和受體的結構和功能參見第一章“人白細胞分化抗原”，有關T細胞膜表面分子和TCR介導的信號轉導參見第八章“淋巴細胞活化過程中信號轉導的分子基礎”。
⑴CD2分子：表達于全部人T細胞以及NK細胞表面。人T細胞表面的CD2分子即為綿羊紅細胞受體（erythrocytereceptorER），在一定的體外實驗條件下，綿羊紅細胞可與T細胞CD2分子結合，形成玫瑰花，稱E花環形成試驗（rosetteformationtest），為一種細胞免疫功能的檢測方法。用單克隆抗體研究證明CD2分子上存在著功能不同的表位：T111、T112和T113。T111為與綿羊紅細胞結合的表位，抗T111McAb可以E花環的形成。T111與一種稱為淋巴細胞功能相關抗原3（lymphocytefunctionassociatedantigen-3,LFA-3）結合，可能與早期胸腺細胞的增殖和分化有關，也參與細胞間相互識別和粘附作用。T112與綿羊紅細胞結合無關，表達在靜止T細胞上。T113是T細胞活化CD2分子構型變化暴露出來的表位。
⑵CD3分子：CD3分子表達在人全部T細胞上，是鑒定T細胞的重要標記。CD3分了是由γ、δ、ε和η等幾種多肽鏈組成，并與T細胞識別抗原受體形成TCR/CD3復合物。其中TCR特異性識別抗原，而TCR與抗原結合后所產生的活化信號是由CD3分子傳遞到T細胞內部。
⑶CD4分子：CD4分子分布在T細胞的輔助細胞誘導亞群和抑制細胞誘導亞群（helperinducer/suppressorinducer）表面，在T細胞亞群的鑒別中具有重要意義。CD4分子在胞膜外有4個結構域，其中第一結構域是人類免疫缺陷病毒（HⅣ）外殼蛋白gp120識別的部位，因此CD4分子是引起人類艾滋病HⅣ的受體。由于CD4陽性T細胞具有重要的免疫功能，HⅣ感染CD4陽性T細胞后細胞數量明顯減少，功能降低，是發生獲得性免疫缺陷綜合征（acquiredimmunodeficiencysyndromeAIDS）的主要原因。CD4分子可與抗原提呈細胞表面的MHCⅡ類抗原非多態部分相結合，協助Th細胞識別APC細胞表面外來抗原與MHCⅡ類抗原的復合物。
⑷CD8分子：由α、β兩條鏈組成，常用的CD8單克隆抗體如OKT8、Leu2等是識別CD8分子的α鏈。CD8分子分布在抑制性T淋巴細胞（suppressorTlymphocyteTs）和殺傷性T淋巴細胞（cytotoxicTlymphocyteCTL或Tc）表面，在鑒別T細胞亞群中有重量要作用。CD8分子可與MHcI類抗原非多態部分相結合。Tc殺傷病毒感染靶細胞時，Tc必須同時識別外來抗原（如病毒抗原）和靶細胞上MHcI類抗原的復合物。
⒉主要組織相容性復合體抗原（MHC） T細胞胞膜上表達的MHC抗原I類和Ⅱ類抗原，其中MHcI類抗原表達在所有發育階段的T細胞表面，靜止T細胞無MHcⅡ類抗原，但T細胞活化后即可表達。
⒊膜表面受體（sufacereceptor） T細胞表面具有多種受體，主要有以下幾類。
⑴T細胞受體（TcellreceptorTCR） 為T細胞特異性識別抗原的受體。成熟T細胞功能性的TCR大多由α和β兩條肽鏈所組成，稱為TCRαβ，少部分為TCRγδ。與免疫球蛋白輕鏈和重鏈的結構相類似，TCR的α和β鏈各有一個靠近N端和可變區（V區）和靠近胞膜的恒定區（C區）。由于α和β鏈是由V-J-C及V-D-J-C基因片段重排后所編碼的，因此不同的T細胞克隆TCR的氨基酸組成和排列不同，所識別抗原的特異性也不同，形成了T細胞識別抗原的多樣性。
⑵補體受體：已發現T細胞表面有CR1（CD35），但生物學功能尚不明了。
⑶病毒受體：CD4分子胞膜外第一個結構區是HⅣ包膜gp120的受體，因此HⅣ具有選擇性感染CD4陽性T細胞，導致獲得性免疫缺陷綜合征。此外，人類嗜T淋巴細胞逆轉錄病毒（humanTlymphotropicretrovirusHTLV）或稱人T細胞白血病毒（humanTcellleukemiavirusHTLV）主要感染人T細胞，與人類T細胞白血病發病有關。
⑷致有絲分裂原受體：致有絲分裂原（mitohen）是指能刺激細胞發生有絲分裂的物質。在免疫學中，主要是指刺激多克隆淋巴細胞增殖的物質。不同的致有絲分裂原對T細胞和B細胞有作用有很大差別。常用的誘導T細胞發生增殖的致有絲分裂原有刀豆素A（concanavalinAConA），植物血凝素（phytohemagglutininPHA）和PWM。在臨床上常用PHA來刺激人外周血的T細胞，觀察T細胞增殖的程度，稱為淋巴細胞轉化試驗（lymphocytetransformationtest），是一種細胞免疫功能的體外檢測方法。被轉化的淋巴細胞表現為細胞體積增大，胞漿增多，細胞核著色變淺，疏松，可見到核仁。外源凝集素（lectin）是指來自植物種子中可與某些糖和寡糖特異性結合的蛋白質，大多數外源凝集素分子含有2個或4個同源亞單位，可與細胞膜表面的糖或寡糖結合而凝集細胞。許多外源凝集素如PHA、ConA和PWM等可作為致有絲分裂原，在免疫學中廣泛用于刺激淋巴細胞的增殖。
⑸細胞因子受體（cytokinereceptor,CKP）：多種細胞因子可作用于T細胞，這是由于T細胞表面表達有多種細胞因子的受體，如白細胞介素-1受體（IL-1R）、IL-2R、IL-3R、IL-4R、IL-6R、IL-7R、IL-8R、IL-9R、IL-12R、IL-αR、G-CSFR和TGF-βR等。靜止和活化T細胞表面細胞因子受體的數目以及親和力可有很大差別，如靜止T細胞IL-2R表達β鏈，T細胞活化后可同時表達IL-2R的α鏈，并與β鏈、γ鏈組成與IL-2結合的高親和力受體。
T細胞表面還具有多種內分泌激素、神經遞質和神經肽等受體，如生長激素、雌激素、甲狀腺素、腎上腺皮質激素、腎上腺素，前列腺素E、胰島素等激素受體，內啡肽、腦啡肽、P物質等神經肽受體，5-羥色胺、多巴胺等神經遞質受體。免疫細胞表面的激素、神經肽和神經遞質受體是機體神經內分泌免疫網絡中的一個重要環節。