T細胞會在胸腺成熟，成為成熟胸腺細胞。
免疫系統必須有能力辨識數百萬種抗原，但身體內卻只有30,000對基因，所以不可能一個抗原就花費一組基因來辨識。因此，身體內采用的勢必是另一套機制。骨髓中的未成熟白血球DNA會改變，制造出特定的白血球受體，而每一種白血球則可以與不同的抗原結合。但這種方式制造出來的白血球有可能會與身體中的物質結合，如果放任這些白血球四處發生免疫反應，稱為自身免疫疾病，嚴重者可致死。因此，身體將這些未成熟的白血球送到胸腺，將這些會與體內物質結合的白血球摧毀。
T細胞受體（T cell receptor，簡稱TCRs）有兩個部分，分別是α鏈和β鏈（有些有γ鏈和δ鏈）。骨髓中的造血干細胞會移動到胸腺，并在胸腺進行β鏈的VDJ重組，稱為前T細胞受體。如果重組成功，那么原先的α鏈TCR DNA就會轉為αβ TCR復合體。這種高變異的重組模式，可以產生數百萬種不同的T細胞，可以辨識出不同的抗原。大部分的T細胞的受體為αβ TCR（αβ T細胞）但有一些表皮中的T細胞含有γδ TCR（γδ T細胞），可以辨識一些非蛋白質性抗原。
T細胞受體穩定的幼年T細胞會同時表現CD4和CD8協同受體，因此被稱為雙陽性T細胞（double-positive T cell，簡稱DP T cell），胸腺中的雙陽性T細胞會接觸到大量的自身抗原，并進行兩種株落選擇：
正向選擇：使對于MHC分子辨識能力太弱的雙陽性T細胞凋亡，因其無法辨識抗原。
負向選擇：使會對自身抗原產生免疫反應的雙陽性T細胞凋亡，以免其引起自身免疫疾病。
經過這兩道篩檢之后所剩下來的T細胞才會成熟，會轉變為單陽性T細胞（CD4+或CD8+），如果是CD8+，那么成熟的T細胞就會辨識第一類MHC分子；如果是CD4+，那么成熟的T細胞就會辨識第二類MHC分子。決定辨識CD8的T細胞就會變成細胞毒性T細胞。