Järjestelmien immunologia on yleensä tieteellinen tutkimus erityyppisistä soluista, biologisista signaaleista ja molekyyleistä, jotka ovat vuorovaikutuksessa osana kehon immuunijärjestelmää. Tutkijat yrittävät mallintaa matemaattisesti, miten kukin näistä toimii ja reagoivat esimerkiksi uusiin rokotteisiin ja lääkkeisiin. Yleinen tieto siitä, miten kukin solutyyppi toimii normaalisti vuorovaikutuksessa toisen ja monien eri proteiinien ja entsyymien kanssa, on myös tyypillisesti välttämätöntä. Alaa pidetään usein osana systeemibiologian aluetta, jossa tutkijat tutkivat jokaisen kehon osan vuorovaikutusta ja toimintaa.
Matematiikan lisäksi järjestelmien immunologiaan erikoistuneet tutkijat käyttävät usein tietokoneita erilaisten biologisten komponenttien analysointiin. Mikrosiruja voidaan käyttää molekyylien analysointiin, kun taas erilaisia laboratoriolaitteita käytetään usein eri yhdisteiden sekoittamiseen ja tapahtuvien reaktioiden seuraamiseen. Tutkijat käyttävät joskus tällaisia tekniikoita valitakseen lääkkeitä tutkittavaksi. Kliinisissä tutkimuksissa olevia ihmisiä voidaan myös seurata kehittyneillä laitteilla, jotta voidaan havaita immuunijärjestelmän vaste kehitteillä oleville lääkkeille.
Laboratoriot ympäri maailmaa tutkivat immunologiaa, usein löytääkseen lääkkeitä, jotka ovat tehokkaita erilaisia infektioita ja sairauksia, kuten malariaa, tuberkuloosia ja ihmisen immuunikatovirusta (HIV) vastaan. Tällaiset tilat ovat usein riippuvaisia paikallisesta ja alueellisesta rahoituksesta. Alalla työskentely edellyttää usein pitkälle edistynyttä akateemista kokemusta, yleensä tohtorin tutkinnon jälkeen. Yleensä tarvitaan tietoa tuhansista proteiineja koodaavista geeneistä sekä systeemisellä ja solutasolla tapahtuvista vasteista.
Immuunijärjestelmä koostuu soluista, jotka hyökkäävät vieraita organismeja vastaan, joita kutsutaan fagosyyteiksi, sekä soluista, jotka pystyvät muistamaan aiempien hyökkäävien kohteiden molekyylimerkin, joita kutsutaan lymfosyyteiksi. Jotkut näistä etsivät esimerkiksi viruksia ja bakteereja, kun taas toiset vastaavat infektion tunnistamisen jälkeen. Vasteet ovat tyypillisesti riippuvaisia proteiineista, joita kutsutaan vasta -aineiksi. Valikoima entsyymejä ja muita proteiineja osallistuu normaalisti solujen väliseen signalointiin sekä immuunivasteen käynnistämiseen ja pysäyttämiseen.
Tietokoneita käytetään usein mallintamaan geenien, solujen, proteiinien ja vieraiden aineiden vuorovaikutusta sekä ennustamaan, miten immuunijärjestelmä reagoi. Järjestelmäimmunologiaa voidaan soveltaa potilaan hoitoon sekä sairauden diagnosointiin. Järjestelmäimmunologiaa tekevät tutkijat tekevät usein yhteistyötä farmakologian, kemian ja kliinisten tutkimusten suunnittelun asiantuntijoiden kanssa, kun taas tietokoneiden ja biologian asiantuntijat tuntevat usein molempien alojen käsitteet.