NK細胞確切的來源還不十分清楚，一般認為直接從骨髓中衍生，其發育成熟依賴于骨髓的微環境。小鼠和人的體外實驗表明，胸腺細胞在體外IL-2等細胞因子存在條件下培養也可誘導出NK細胞。小鼠脾臟在體內IL-3誘導下可促進NK細胞的分化。NK細胞主要分布于外周血中，占PBMC 5～10%，淋巴結和骨髓中也有NK活性，但水平較外周血低。
由于NK細胞具有部分T細胞分化抗原，如80～90%NK細胞CD2+，20～30%NK細胞CD3+（表達CD3ζ鏈），30%NK細胞CD8+（α/α）和75～90%NK細胞CD38+，而且NK細胞具有IL-2中親和性受體，在IL-2刺激下可發生增殖反應，活化NK細胞可產生IFN-γ，因此一般認為NK細胞與T細胞在發育上關系更為密切。