许多白细胞表现出很强的迁移能力，并不断地在各种组织和器官之间循环，利用血液和淋巴系统作为迁移途径。这种迁移是免疫系统随时准备进行对抗感染的重要手段，睡眠期间这种迁移活动会变得更加活跃。

一些报告表明，在规律睡眠的晚上测量发现，淋巴细胞亚群(即CD4T细胞、CD8T细胞和NK细胞)数量增加，而当睡眠不足或睡眠受到打扰时，这些细胞会减少。

另外，在动物实验中发现，与强迫清醒相比，正常睡眠后血液中白细胞和淋巴细胞的数量增加，而淋巴结、脾脏或骨髓中的细胞数量没有变化。这意味着充足的睡眠是维持白细胞亚群数量正常及在组织器官中合理分布的重要保障。

细胞因子是免疫系统重要的武器，免疫系统通过分泌各种细胞因子发挥调节免疫功能的作用。

在正常的规律睡眠中，机体会释放适量的细胞因子执行激活免疫系统、抵抗感染等任务。许多研究发现，睡眠障碍会导致多种细胞因子表达异常，从而直接影响免疫系统的防御能力。

在一项对5万成年人的调查发现，睡眠不足会导致C-反应蛋白和IL-6（机体损伤或感染后引起炎症反应时血浆中高表达的蛋白质）异常高表达。

此外，睡眠通过增加T细胞产生IL-2和干扰素γ，以及树突状细胞和单核细胞产生IL-12来促进T细胞的激活，这在诱导TH1细胞型适应性免疫反应中具有关键作用。

当睡眠受到实验干扰时，T细胞产生的IL-2减少，向TH2细胞型细胞因子活性转变，单核细胞产生IL-12减少，IL-10（抗炎细胞因子）表达增加。

总的来说，当睡眠不足会直接导致某些细胞因子的异常表达，带来包括持续激活炎症反应、影响T细胞活化、改变适应性免疫应答类型等不良影响。

免疫细胞是免疫系统的主力军，它们的数量和活化状态是反应免疫力的重要参数，研究中出现了很多睡眠影响免疫细胞活性和增殖的证据。

研究人员发现，在健康人急性睡眠剥夺一晚后的上午或下午，丝裂原刺激的细胞增殖减少。而在一项动物研究中同样发现，在剥夺睡眠48小时和72小时后，淋巴细胞增殖减少。

自然杀伤细胞(NK细胞)是先天性免疫的重要细胞，它能在机体早期感染时通过其优秀的细胞毒性功能直接杀死病原体。

研究发现，睡眠会影响NK细胞的活化，在睡眠剥夺24和48小时后，NK细胞的细胞毒作用发生了明显的降低。

当病原体突破了免疫系统的前两道防线，进入最后一道适应性免疫防线时，免疫系统将根据病原体的结构制备与其特异性结合的抗体，钳制住病原体等待吞噬细胞的吞噬。抗体的产生水平是机体抵抗感染和评价接种疫苗效果的重要参数。

睡眠不足被认为会削弱疫苗反应。据多个单位的研究报道，睡眠受到限制时，机体降低了对三价A型和B型流感病毒疫苗、H1N1猪流感病毒、甲型肝炎病毒以及乙肝病毒疫苗的抗体反应。其原因可能是睡眠不足扰乱了T细胞向淋巴组织的招募以及改变免疫应答的类型。

睡眠时间过短还可能增加感染肺炎和普通感冒的风险。在一项对2.3万成年人的研究发现，持续短睡眠时间(每晚<5小时) 明显增加在过去30天内的感冒或感染的可能性。而有趣的是，另一项研究发现，睡眠时间延长(每晚>9小时)其感染肺炎风险将增加。所以，合适的睡眠时间才能更好地抵抗感染。