吞噬作用是生物體最古老的，也是最基本的防衛機制之一。對于其要消滅的對象無特異性，在免疫學中稱之為非特異性免疫作用。中性粒細胞和單核細胞的吞噬作用很強，嗜酸性粒細胞雖然游走性很強，但吞噬能力較弱。白細胞可以通過毛細血管的內皮間隙，從血管內滲出，在組織間隙中游走。它們吞噬侵入的細菌、病毒、寄生蟲等病原體和一些壞死的組織碎片。一般認為，白細胞能向異物處聚集，并將其吞噬，這是因為白細胞有趨化性。由于細菌體或死亡的細胞所產生的化學刺激，誘發白細胞向該處移動。組織發炎時產生一種活性多肽，也是白細胞游動的誘發物質之一。
中性粒細胞內的顆粒為溶酶體，內含多種水解酶，能消化其所攝取的病原體或其他異物。一般一個白細胞處理5～25個細菌后，本身也就死亡。死亡的白細胞集團和細菌分解產物構成膿液。單核細胞由骨髓生成，在血液內僅生活3～4天，即進入肝、脾、肺和淋巴等組織轉變為巨噬細胞。變為巨噬細胞后，體積加大，溶酶體增多，吞噬和消化能力也增強。但其吞噬對象主要為進入細胞內的致病物，如病毒、瘧原蟲和細菌等。巨噬細胞還參與激活淋巴細胞的特異免疫功能。此外，它還具有識別和殺傷腫瘤細胞，清除衰老與損傷細胞的作用。