Hệ miễn dịch cũng bị ảnh hưởng bởi ngủ và nghỉ, và thiếu ngủ là vô cùng hại cho chức năng miễn dịch. Các vòng phản hồi phức tạp liên quan đến các cytokine, như interleukin-1 và yếu tố hoại tử khối u-α sản xuất để đáp ứng với nhiễm trùng, cũng có vai trò trong việc điều chỉnh giai đoạn ngủ chập chờn (non-REM). Do đó đáp ứng miễn dịch với nhiễm trùng có thể dẫn đến thay đổi chu kỳ ngủ, bao gồm cả tăng giấc ngủ chập chờn so với giấc ngủ sâu.Khi bị thiếu ngủ, tạo miễn dịch chủ động có thể khó khăn hơn và có thể dẫn đến sản xuất kháng thể không cao và đáp ứng miễn dịch thấp hơn so với những người ngủ bình thường. Ngoài ra, các protein như NFIL3 (có liên quan chặt chẽ với sự biệt hóa các tế bào T và nhịp sinh học) có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhịp sáng-tối tự nhiên trong các trường hợp thiếu ngủ, thay đổi ca làm việc... kết quả là những sự gián đoạn này có thể dẫn đến sự gia tăng các bệnh mãn tính như bệnh tim, đau mãn tính, và hen suyễn.Ngoài các hậu quả tiêu cực của việc thiếu ngủ, giấc ngủ và nhịp sinh học đã cho thấy có những ảnh hưởng điều chỉnh mạnh mẽ đối với các chức năng miễn dịch của cả miễn dịch bẩm sinh và thích nghi. Thứ nhất, trong giai đoạn đầu của ngủ sâu-SWS, sự giảm nồng độ cortisol, epinephrine và norepinephrine trong máu sẽ làm tăng nồng độ hormone leptin, hormone tăng trưởng tuyến yên và prolactin. Những tín hiệu này tạo ra trạng thái viêm hệ thống (pro-imflammatory) thông qua việc sản sinh các cytokine: pro-interleukin-1, interleukin-12, TNF-alpha và IFN-gamma. Những cytokine sau đó sẽ kích thích chức năng miễn dịch như hoạt hóa tế bào miễn dịch, tăng sinh và biệt hóa. Trong thời gian này mà các tế bào chưa biệt hóa, hoặc ít biệt hóa (giống như các tế bào T nhớ non và T nhớ trung tâm) sẽ đạt đỉnh (cụ thể hơn là trong thời gian này, đáp ứng miễn dịch thu được đang sẽ chậm hơn). Ngoài các tác động này, môi trường cơ thể do các hormone được sản xuất tại thời điểm này (leptin, hormone tăng trưởng tuyến yên và prolactin) sẽ hỗ trợ sự tương tác giữa tế bào trình diện kháng nguyên và tế bào T, sự dịch chuyển cân bằng cytokine Th1 / Th2 về bên Th1, tăng số lượng chung của tế bào Th, và tế bào T non sẽ đi đến các hạch bạch huyết. Môi trường này cũng được cho là hỗ trợ sự hình thành trí nhớ miễn dịch lâu dài thông qua việc bắt đầu các phản ứng miễn dịch Th1.Ngược lại, trong thời gian thức, các tế bào tác dụng biệt hóa, như các tế bào giết tự nhiên và tế bào lympho T độc, sẽ đạt đỉnh để tạo ra đáp ứng hiệu quả chống lại bất kỳ mầm bệnh xâm nhập nào. Cũng như trong thời gian hoạt động tích cực, các phân tử chống viêm, như cortisol và catecholamine, sẽ đạt đỉnh. Có hai lý thuyết để giải thích tại sao trạng thái viêm hệ thống được dành riêng cho thời gian ngủ. Thứ nhất, viêm sẽ gây ra sự suy giảm nhận thức và thể chất nghiêm trọng nếu nó xảy ra trong suốt thời gian thức. Thứ hai, viêm có thể xảy ra trong thời gian ngủ do sự hiện diện của melatonin-một horrmone điều hòa nhịp sinh học. Viêm gây ra rất nhiều stress oxy hóa và sự hiện diện của melatonin trong thời gian ngủ có thể tích cực chống lại quá trình sản sinh gốc tự do trong thời gian này.
Hệ miễn dịch cũng bị ảnh hưởng bởi ngủ và nghỉ, và thiếu ngủ là vô cùng hại cho chức năng miễn dịch. Có hai lý thuyết để giải thích tại sao trạng thái viêm hệ thống được dành riêng cho thời gian ngủ.