Les cellules tueuses naturelles (ou cellules NK) sont un type de lymphocyte essentiel au système immunitaire inné. Les cellules NK fournissent une réponse rapide aux cellules infectées par des virus, ou aux cellules bactériennes. La réponse se produit environ 3 jours après l'infection. Les cellules NK réagissent également à la formation de tumeurs.

Les cellules NK sont uniques : elles ont la capacité de reconnaître les cellules stressées en l'absence d'anticorps et de complexe majeur d'histocompatibilité (CMH). Cela permet une réaction immunitaire beaucoup plus rapide.

Lors des premières expériences menées sur des patients cancéreux et des animaux, les chercheurs ont découvert ce qu'on appelle une réactivité "naturelle". C'est-à-dire qu'une certaine population de cellules semblait être capable de tuer les cellules tumorales sans y être préalablement sensibilisée. Au début, beaucoup ont pensé que ces observations étaient des artefacts. Cependant, en 1973, une activité de "destruction naturelle" a été établie chez une grande variété d'espèces, et l'existence d'une lignée distincte de cellules ayant cette capacité a été suggérée.