中枢免疫器官又称一级免疫器官，主要包括骨髓和胸腺。是免疫细胞发生、发育、分化与成熟的场所；同时对外周免疫器官的发育亦起主导作用。

重要的造血及免疫器官。血液的所有细胞成分都来源于造血干细胞，其中髓系细胞（红细胞系、粒细胞系、单核细胞系与巨核细胞-血小板系）是完全在骨髓内分化生成的；淋巴系细胞（T细胞与B细胞）的发育前期是在骨髓内完成；另外B细胞分化为浆细胞后，也回到骨髓，并在这里大量产生抗体。

骨髓是造血器官，也是各种免疫细胞的发源地，具有分泌造血细胞及生长和分化调节的作用。骨髓中各阶段细胞不断在完成更新、增殖、分化和成熟等发育过程。其原始阶段细胞为多能干细胞（stem cell），可以形成红细胞、粒细胞、巨噬细胞等，以及B淋巴细胞和T淋巴细胞。这些过程需要不同类型的细胞因子（cytokine）的调节。如白细胞介素、巨噬细胞集落刺激因子（GM—CSF）等。原始粒细胞分化成熟的过程中，白细胞介素起着重要作用。当骨髓功能缺陷时，可导致细胞免疫和体液免疫均缺陷，如因化疗或放疗引起的功能异常时，需根据情况，使免疫功能重建。

正常胸腺的结构，是发生最早的免疫器官。新生期胸腺约重15~20g，至青春期可达30~40g。胸腺有结缔组织包被；胸腺由外层皮质、内层髓质组成；表面的被膜结缔组织伸入胸腺成为胸腺隔，形成许多不完全分隔的小叶；外层皮质主要由淋巴细胞（胸腺细胞）和上皮网状细胞密集构成。

胸腺对机体免疫功能的建立，以及丧失免疫功能的重建均具有很重要作用，也是T淋巴细胞分化成熟的场所。骨髓产生的部分淋巴细胞在胸腺中继续发育成熟为T细胞，能分泌胸腺素，在促进T细胞分化和成熟过程中，选择性发挥免疫调节作用。T辅助细胞（TH）和T抑制细胞（TS）均在胸腺中形成。胸腺也是机体维持免疫自稳的器官。