Le cellule natural killer (o cellule NK) sono un tipo di linfocita fondamentale per il sistema immunitario innato. Le cellule NK forniscono una risposta rapida alle cellule infettate da virus o alle cellule batteriche. La risposta avviene circa 3 giorni dopo l'infezione. Le cellule NK rispondono anche alla formazione di tumori.

Le cellule NK sono uniche: hanno la capacità di riconoscere le cellule stressate in assenza di anticorpi e del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC). Questo permette una reazione immunitaria molto più veloce.

Nei primi esperimenti su pazienti affetti da cancro e su animali, gli investigatori hanno trovato quella che è stata chiamata una reattività "naturale". Cioè, una certa popolazione di cellule sembrava essere in grado di uccidere le cellule tumorali senza essere precedentemente sensibilizzata ad esse. All'inizio molti pensavano che queste osservazioni fossero artefatti. Tuttavia, entro il 1973, l'attività di "uccisione naturale" fu stabilita in un'ampia varietà di specie, e fu suggerita l'esistenza di una linea separata di cellule con questa capacità.