免疫組學是使用全基因組方法研究免疫系統調節和對病原體的反應。 隨著基因組學和蛋白質組學技術的興起，科學家們已經能夠可視化生物網絡并推斷基因和/或蛋白質之間的相互關系； 最近，這些技術已被用于幫助更好地了解免疫系統的功能及其調節方式。 三分之二的基因組在一種或多種免疫細胞類型中活躍，只有不到 1% 的基因在給定類型的細胞中獨特表達。 因此，至關重要的是，這些免疫細胞類型的表達模式在網絡環境中破譯，而不是作為一個個體，以便正確表征它們的作用并相互關聯。 自身免疫性疾病、免疫缺陷和惡性腫瘤等免疫系統缺陷可以受益于對病理過程的基因組洞察。 例如，分析基因表達的系統變異可以將這些模式與特定疾病和對免疫功能很重要的基因網絡聯系起來。

傳統上，研究免疫系統的科學家必須在個體基礎上尋找抗原，并確定這些抗原（“表位”）的蛋白質序列，這些序列會刺激免疫反應。 此過程需要從整個細胞中分離出抗原，將其消化成更小的片段，并針對 T 細胞和 B 細胞進行測試以觀察 T 細胞和 B 細胞的反應。 這些經典方法只能將該系統可視化為靜態條件，需要大量時間和勞動力。

免疫組學通過將免疫系統視為一個整體并將其表征為動態模型的能力，使這種方法變得更容易。 它揭示了免疫系統的一些最顯著特征是其組成細胞的持續運動、更替和可塑性。 此外，當前的基因組技術，如微陣列，可以隨著時間的推移捕獲免疫系統基因表達，并可以追蹤微生物與先天免疫系統細胞的相互作用。 新的蛋白質組學方法，包括 T 細胞和 B 細胞表位作圖，也可以加快科學家發現抗體-抗原關系的速度。

宿主的免疫系統通過許多“參與者”參與的一系列病原體特異性反應來應對病原體入侵； 這些包括抗體、T 輔助細胞、細胞毒性 T 細胞和許多其他細胞。 抗原呈遞細胞 (APC) 能夠內化病原體并在細胞表面展示抗原片段（表位）和主要組織相容性復合體 (MHC)。 當 T 細胞識別這些顯示的表位時，T 細胞反應開始。 僅需要來自某些病原體特異性抗原的特定肽序列來刺激 T 細胞和 B 細胞反應； 也就是說，整個致病肽序列并不是啟動免疫反應所必需的。 病原體的“免疫組”由其表位組描述，可以通過比較基因組序列和應用免疫信息學工具來定義。

阿什阿里扎德等人。 是最早認識到 cDNA 微陣列定義免疫細胞基因表達潛力的人之一。 他們的分析探討了細胞激活和/或用細胞因子（一種信號調節分子）刺激期間人類 B 和 T 淋巴細胞的基因表達。 已知受刺激的 T 淋巴細胞中的許多激活基因參與 G0/G1 細胞周期轉換或編碼趨化因子，即參與炎癥反應的信號分子。 該團隊還能夠可視化 T 細胞有絲分裂過程中基因表達的時間模式。 在他們具有里程碑意義的論文的結尾段落中，這些科學家指出“幾乎免疫學研究的每個角落都將受益于基因表達的 cDNA 微陣列分析”，因此預示著免疫組學的興起。

受可用微陣列和此時不完整的人類基因組的限制，同一組研究人員有動力創建一個專門的微陣列，專注于在給定細胞類型中優先表達的基因，或者已知在給定細胞類型中具有重要功能的基因 生物過程。 因此，Alizadeh 及其同事設計了“Lymphochip”cDNA 微陣列，其中包含 13,000 個基因，并富含對免疫系統重要的基因。

Iyer 等人 1999 年的文章是另一篇揭示將基因組技術應用于免疫學研究的重要性的文章。 盡管在實驗開始時不打算解決免疫的任何方面，但這些研究人員觀察到血清刺激的成纖維細胞的表達譜比預期的要豐富得多，并表明成纖維細胞在愈合傷口中具有重要的生理作用。 血清誘導基因與傷口愈合相關的過程有關。