其原理是从健康人或肿瘤患者的血液中分离获得T细胞，然后对其进行基因修饰，此基因表达的是一个嵌合蛋白，由能识别某种肿瘤抗原的抗体的抗原结合部位与CD3-ζ链或FcεRIγ的胞内部分偶联而成，此嵌合抗原受体能够识别癌细胞表面上的特异性分子。这些经过基因修饰的T细胞在体外扩增并回输患者体内后，能够靶向杀死肿瘤细胞。

嵌合抗原受体（CAR）是CAR-T细胞的核心部件，使得T细胞能够以人类白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）非依赖的方式特异性识别肿瘤抗原并杀伤肿瘤细胞。CAR的基础设计中包括一个通常来源于单克隆抗体抗原结合区域的scFV段的肿瘤相关抗原结合区、一个胞外铰链区、一个跨膜区和一个胞内信号区。根据胞内信号区的差异，可将CAR-T细胞分为四代：第一代CAR介导的T细胞激活是通过CD3ζ链或FcεRIγ上的酪氨酸激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM）完成的，其缺乏共刺激信号，因而抗肿瘤活性在体内受到限制，T细胞增殖减少最终导致T细胞的凋亡。第二代CAR在胞内增加了共刺激信号（CD28或CD137），其增殖能力和抗肿瘤效果明显增强。第三代CAR在胞内又增加了一个新的共刺激信号（如将CD28、CD137或CD134分子同时组装进CAR里面），部分报道认为第三代CAR-T细胞在抗肿瘤活性、存活周期及细胞因子释放方面均显著提高，也有认为与第二代相比没有差异。最近出现的第4代CAR（又称TRUCK）是应用编码CAR和/或CAR反应性启动子的载体构建CAR，在转基因产生的细胞因子作用下CAR可产生有效的信号，其治疗效果如何尚需验证。 

在临床应用方面，CAR-T细胞在白血病治疗中取得了重大突破，为晚期肿瘤患者带来了新的曙光。但是伴随着显著疗效的同时，CAR-T免疫治疗也存在着一些缺点。肿瘤患者往往免疫功能低下，大量异体T细胞长期驻扎患者体内时会攻击HLA不相匹配的宿主细胞引起移植物抗宿主病（graft-versus-host disease，GVHD）。除此之外，CAR-T还存在着脱靶效应、细胞因子风暴、插入突变等亟待解决的问题，且对实体瘤没有显著疗效。