由于结核菌素皮肤试验的反应原理是迟发型细胞过敏反应。了解其免疫机制，对结核菌素试验反应的特征观察具有一定的意义。

人体首次感染结核分枝杆菌（多见于儿童）对结核菌没有特异性免疫反应。结核菌入侵后在入侵部位，出现炎性病变，称为原发感染，感染部位称为原发灶。从原发感染形成时起，人体在结核菌的刺激下逐渐产生对结核菌的特异性免疫反应。结核病的特异性免疫主要是细胞免疫，又称细胞介导免疫，是以T细胞为介导，以巨噬细胞为效应细胞的免疫反应，包括巨噬细胞吞噬结核菌以及处理与递呈抗原，T淋巴细胞对抗原的特异性识别与结合及增殖分化，释放细胞因子，使巨噬细胞激活和杀菌。一般在2～12周后当结核菌数量达10 ³～10 ⁴/ml时，即可诱导机体产生相应的细胞免疫反应。在宿主特异性免疫的作用下，结核菌的繁殖被抑制，使结核菌数量明显减少，限制了结核菌在体内的播散，最终使体内大部分的结核菌被消灭。

结核菌素皮肤试验的反应原理是迟发型细胞过敏反应，即Ⅳ型变态反应。进行结核菌素皮肤试验可用来检测机体是否感染过结核菌。感染过结核菌的机体，会产生相应的致敏T淋巴细胞，具有对结核菌的识别能力。当再次遇到结核菌感染或注入微量的结核菌特异蛋白（结核菌素）时，致敏T淋巴细胞受相同抗原再次刺激会释放出多种可溶性淋巴因子，导致血管通透性增加，巨噬细胞在局部集聚、浸润。约在48～72小时内，局部出现红肿硬结的阳性反应。若受试者未感染过结核菌，则注射局部无红肿、硬结等变态反应发生。

结核菌素皮肤试验注射部位在皮试24小时后，皮肤反应逐渐加大，72小时达到高峰，出现红肿、硬结之后，逐渐消退。这是结核菌素试验反应的基本变化过程。

主要是细胞浸润和水肿，故测量结核菌素皮肤试验反应以测量硬结大小为阳性标准。注射部位形成的红晕一般认为是非特异性变态反应引起，不作为阳性标准的判断依据。

当注射局部出现强烈变态反应时，除局部红肿、硬结外，还出现水疱、溃疡、坏死、双圈、淋巴管炎等。这种反应的发生，往往是机体处于强的免疫状态，对结核菌感染和发病的诊断具有重要意义。

少数人于注射后出现直接红斑反应，于24小时后消失。这类反应在频繁接触结核病患者的人及接触活菌提取抗原制品的人中常见。由于反应消失快，一般不会与迟发型超敏反应混淆。

由于不同菌种PPD间存在一定的共同抗原成分，在机体引起交叉的迟发型变态反应，其反应强度均弱于其对应致敏菌型感染机体。致敏菌型与PPD型别一致，反应最强；两者之间共同抗原多，交叉反应高。

在机体第二次进行结核菌素试验时，出现的结核菌素反应增强或阳转的现象。复强作用系指已经致敏的机体做第二次进行结核菌素试验时，反应较第一次增强。这种现象可发生在第一次皮试后1周，或最迟至数月或若干年以后发生。结核菌素复强作用可发生在任何年龄。为此，为避免复强作用的发生，如需要在近期内重复进行结核菌素试验时，应选择在不同的部位或手臂进行。