Η μελέτη, η έρευνα, η πρόληψη, η διάγνωση και η θεραπεία νοσημάτων σε ανθρώπινους και ζωικούς οργανισμούς που χαρακτηρίζονται από ανώμαλη λειτουργία του λεμφικού ιστού και διαταραχές της ανοσοαπάντησης αποτελούν το κύριο αντικείμενο της εργασίας του. Πιο συγκεκριμένα, ο ανοσιολόγος αναπτύσσει ανοσοδιαγνωστικές δοκιμασίες και τεχνικές για την κατανόηση και την αντιμετώπιση (κλινικών) προβλημάτων που αφορούν τομείς, όπως τα λοιμώδη νοσήματα, οι ανοσοανεπάρκειες, τα ανοσοϋπερπλαστικά νοσήματα, η αλλεργία, τα αυτοάνοσα νοσήματα κ.ά. Ακόμη, εκτελεί όλο το φάσμα των ανοσοδιαγνωστικών εξετάσεων που καλύπτουν τους τομείς ανοσοχημείας, ανοσοκυτταρολογίας, αυτοανοσίας, ιστοσυμβατότητας κ.ά., με την εφαρμογή ποικίλων μεθόδων, συμπεριλαμβανομένων και ραδιοανοσολογικών μεθόδων. Για παράδειγμα, ο ανοσιολόγος αναπτύσσει τεχνικές κλινικής έρευνας και αξιοποιεί τα κλινικά ευρήματα για τη μελέτη της ανοσολογίας της κύησης και του νεογνού καθώς και των κακοήθων όγκων του γεννητικού συστήματος ή για την έρευνα της ανοσολογίας του γαστρεντερικού συστήματος, του καρκίνου και τις ανοσοανεπάρκειες των ενηλίκων. Τέλος, συνεργάζεται με άλλους ιατρούς συναφούς ειδικότητας, όπως μικροβιολόγους, βακτηριολόγους, κυτταριοβιολόγους, γενετιστές, τοξικολόγους, γεωργικούς ερευνητές, περιβαλλοντιστές κ.ά.