MHC最初是在研究排斥反应的过程中发现的。MHC分子作为代表个体特异性的主要组织抗原，在排斥反应中起重要作用。自从60年代发现了Ir基因，70年代发现了细胞毒性T细胞与靶细胞间相互作用的MHC限制性后，对MHC的生物学作用有了更深入的认识。MHC的主要功能包括：
一、参与对抗原处理
MHC分子在多个环节参与对抗原处理。外源性抗原在APC内被降解成免疫原性多肽，并与MHC-Ⅱ类分子结合成稳定的复合物，从而保证了多肽不被进一步降解为氨基酸。80年代末还发现，内源性抗原在靶细胞中须与胞浆中的一种蛋白酶体（proteasome）结合才能进一步分解为免疫原性多肽片段，后者再在一种肽链转运蛋白的参与下被转运到内质网腔与新合成的MHC-Ⅰ分子结合。已证明蛋白酶体相关基因及肽链转运基因均位于MHC-Ⅱ类基因区内。
二、约束免疫细胞间相互作用
70年代中期Zinkernagel等发现，细胞毒性T细胞只杀伤具有同一MHC表型的病毒感染的靶细胞。这意味着T细胞识别细胞表面抗原决定簇的同时，还须识别细胞上的MHC分子。以后证实，不仅TC靶细胞间，而且Mφ-TH，TH-B以及TH-TC间的相互作用也受MHC约束。这一现象，即具有同一MHC表型的免疫细胞才能有效地相互作用，称为MHC限制性（MHC restriction）。
巨噬细胞（Mφ）与TH细胞间的相互作用受MHC-Ⅱ类抗原的约束。TH的TCR联合识别免疫原性多肽片段的表位（ epitope）以及MHC-Ⅱ分子α1、β1功能区的多态性决定簇。同时，TH细胞表面的CD4分子识别MHC-Ⅱ类分子α2、β2功能区的非多肽性决定簇，由此启动免疫应答。因此，只有MHC-Ⅱ类分子阳性细胞才具有抗原呈递能力，且细胞表面Ⅱ类分子密度与其抗原呈递能力呈正相关。
TC与病毒感染的靶细胞相互作用受MHC-Ⅰ类抗原的约束。TC的TCR联合识别靶细胞表面的病毒抗原以及MHC-Ⅰ类分子α2和β2功能区的多态性决定簇。同时，TC表面的CD8分子识别Ⅰ类分子α3区的非多态性决定簇。
三、参与对免疫应答的遗传控制
机体对某种抗原物质是否产生应答以及应答的强弱是受遗传控制的。控制免疫应答的基因称为Ir基因。小鼠Ir基因位于H-2Ⅰ区内。人的Ir基因定位目前尚无直接证据，但一般认为也位于HLA-Ⅱ类等位基因的个体，其对特定抗原的免疫应答能力各异。
四、诱导自身或同种淋巴细胞反应
MHC分子可作为自身或同种反应的刺激分子从而诱导免疫应答或参与免疫调节。
1．参与免疫调节 非T细胞（Mφ、B细胞等）在体外能诱导自身T细胞发生增殖反应，此即自身混合淋巴细胞反应（autologous mixed Iymphocyte reaction,AMLR）。在AMLR中非T细胞表面的刺激决定簇是HLA-DQ（小鼠H-2I-A）分子。自身反应性T细胞增殖后可表达HLA-DR（小鼠H-A I-E）抗原，后者又作为刺激分子激活某些T细胞，此T-T AMLR。AMLR代表体内免疫细胞间的一种调节机制，有助于维持免疫自稳，故MHC-Ⅱ类分子通过诱发AMLR而参与免疫调节。
2．诱导免疫反应 MHC分子是一种同种异型抗原，可诱导同种反应的发生，典型的例子是体外的同种异型混合淋巴细胞反应和体内同种移植排斥反应。在这两种情况下，反应性T细胞对非已MHC抗原的识别不受自身MHC限制。
五、参与T细胞分化过程
早期T细胞在胸腺中发育为成熟T细胞的过程中，伴随着一系列表面标志的变化。MHC分子对T细胞的分化发育起着重要作用，早期T细胞必须与表达MHC-Ⅰ或Ⅱ类抗原的胸腺上皮细胞接触才能分别分化成CD8+或CD4+T细胞。