进化免疫学基本等同于比较免疫学（comparative immunology），比较免疫学主要研究生物在进化过程中，免疫系统及其功能的发生发展的过程。个体发育重复种系发育的过程，免疫系统同样适用于这一生物学的普遍规律，免疫系统随着种系的进化而不断地完善。1908年获得诺贝尔生理学或医学奖的俄国动物学家I.I.梅契尼科夫是比较免疫学的奠基人之一，他关于吞噬现象和炎症的重要发现，均来源于对各种无脊椎动物和脊椎动物的研究。19世纪晚期，免疫学家关注的是人体免疫学，在传统模式动物（包括啮齿类和鸟类）上做实验。20世纪，以研究人体免疫学为中心的免疫学家在理解脊椎动物免疫系统方面取得了很多重要的成果。同时，一些免疫学家聚焦非经典的实验动物，包括所谓的低级脊椎动物和无脊椎动物。法国动物学家J.A.霍夫曼^[注]在果蝇体内发现了Toll受体，它是广泛分布在动植物体内的Toll样受体（Toll-like receptor，TLRs）的原型。这个里程碑式的发现使霍夫曼获得了2011年的诺贝尔生理学或医学奖（见图）。

J.A.霍夫曼领取诺贝尔生理学或医学奖

免疫系统经历从无到有、从简单到复杂的进化历程，物种从低级到高级的发展对应于免疫系统从简单到复杂的发展。免疫系统的进化可分为五个水平：第一水平表现为同种细胞或者物种的特异性聚集以竞争生存空间，见于植物、海绵体和原生动物等；第二水平表现为特异性分化而来的免疫细胞介导的非特异性非记忆性免疫识别和免疫应答，见于腔肠动物等；第三水平表现为具有短暂记忆功能的细胞介导的免疫，见于环节动物、节肢动物、棘皮动物等；第四水平表现为细胞免疫和体液免疫的协同作用和长效的免疫记忆，见于所有的脊椎动物；第五水平表现为T细胞和B细胞不同功能亚群的出现，见于鸟类和哺乳动物。

无脊椎动物缺乏真正的抗体和特异性免疫细胞，机体防御反应依靠非特异性的固有免疫结构。无脊椎动物的天然免疫是由细胞免疫和体液免疫共同完成的。

无脊椎动物的细胞免疫主要依赖于体腔细胞或者血细胞的吞噬作用、包囊作用（encapsulation）和结化作用（nodulation）。无脊椎动物中，从单细胞的原生动物到多细胞的原腔动物尚未发现免疫细胞，只是发现某些单细胞生物具有吞噬行为，能形成吞噬泡或食物泡与溶酶体结合，从环节动物门开始才发现了具有免疫功能的细胞。环节动物的主要免疫细胞是体腔细胞（coelomocyte），其中的阿米巴样细胞（amoebocyte）和粒细胞（granulocyte）具有吞噬功能；软体动物的免疫细胞是血细胞，其中的粒细胞具有吞噬功能；节肢动物的细胞免疫依赖血细胞对外来抗原和异物的吞噬和包囊作用，由浆细胞或粒细胞完成；棘皮动物的细胞免疫由变形吞噬细胞或粒细胞等几种体腔细胞完成。

无脊椎动物的体液免疫依靠水解酶、氧化酶和抗氧化酶等各种非特异性的酶类和凝集素、溶血素等各种免疫因子的共同作用，杀灭清除入侵的病原微生物、寄生虫等。部分无脊椎动物在吞噬过程中伴随水解酶类的释放、抗氧化酶类的参与和活性氧的产生共同杀灭入侵异物。棘皮动物还存在着补体系统的旁路和凝集素活化途径，但是未发现经典活化途径和明确的终端途径。

鱼类免疫系统包括免疫组织和器官、免疫细胞和体液免疫因子三个部分。鱼类的免疫器官和组织主要包括胸腺、肾脏、脾脏和黏膜相关淋巴组织（mucosa-associated lymphoid tissue，MALT），与哺乳动物的区别主要在于没有骨髓和淋巴结。胸腺是鱼类的中枢免疫器官，是鱼类淋巴细胞增殖分化的场所，并向血液和外周淋巴器官输送淋巴细胞。肾脏是成鱼最重要的淋巴组织，可分为头肾（pronephros）、中肾（mesonephros）和后肾（metanephros）。头肾可产生红细胞和B淋巴细胞，相当于哺乳动物的骨髓，头肾和中肾都存在抗体产生细胞，相当于哺乳动物的淋巴结，因此，鱼类的肾脏具有中枢和外周淋巴器官双重功能。脾脏是鱼类红细胞、中性粒细胞产生、储存和成熟的场所。鱼类的皮肤、鳃和消化道等黏膜组织内含有分散的淋巴细胞生发中心，称为MALT，内含淋巴细胞、巨噬细胞和粒细胞等。

鱼类已具备免疫的基本特性，与哺乳动物一样，体内也存在固有免疫系统和获得性免疫系统。执行固有免疫应答的有吞噬细胞、自然杀伤细胞（NK细胞）和体液中存在着的抗菌分子，可分为四道防线。①第一道防线：存在于黏膜分泌物中的蛋白酶、溶菌酶、凝集素、补体和转移因子等；②第二道防线：黏液细胞；③第三道防线：血细胞特别是粒细胞和单核细胞；④第四道防线：存在于器官和组织中的包括内皮细胞、巨噬细胞和粒细胞的吞噬细胞。参与鱼类特异性免疫应答的细胞主要是淋巴细胞，鱼类的淋巴细胞也包括T细胞和B细胞。鱼类的体液免疫与高等脊椎动物的体液免疫有较大的差异：软骨鱼只有免疫球蛋白（Ig）M和IgG两种抗体，真骨鱼只有IgM一种抗体；鱼类的抗体形成期较长，抗体滴度增加缓慢；鱼类的免疫记忆较弱，且受温度影响。

骨髓最早出现在两栖类，而且是较为高等的无尾两栖类。研究最多的无尾两栖类是爪蟾（xenopus laevis）和美洲豹蛙（rana piens），无尾两栖类除淋巴结外其他淋巴器官都已出现，胸腺也分为皮质和髓质两部分，能产生T细胞。两栖类的脾脏也分为红髓和白髓，白髓滤泡中含有B细胞。两栖类没有淋巴结，在某些较高等的两栖类中发现有淋巴髓样结，但在组织结构上与哺乳动物的淋巴结不同，淋巴髓样结主要是滤血器官，淋巴腔中聚集着一些淋巴样和髓样细胞。与鱼类一样，肾脏也是两栖类的主要免疫器官。

进化免疫学的国际组织是成立于1976年的国际进化和比较免疫学学会（International Society of Developmental and Comparative Immunology，ISDCI），该组织主办了进化免疫学领域的国际期刊《进化和比较免疫学》（Developmental & Comparative Immunology）。