Imunoterapi digunakan untuk menstimulasi sistem kekebalan tubuh untuk melawan kanker. Misalnya, vaksin yang berisi antigen dari sel-sel tumor dapat meningkatkan produksi antibodi atau sel-sel imunitas (limfosit T) tubuh. Ekstrak bakteri tuberkulosis yang dilemahkan diketahui dapat meningkatkan respon kekebalan tubuh. Ekstrak yang ditanam ke dalam kandung kemih telah berhasil mencegah kekambuhan tumor kandung kemih.

Selain itu, ada juga terapi antibodi monoklonal yang meliputi penggunaan antibodi-antibodi yang dihasilkan melalui percobaan untuk menjadikan protein-protein pada permukaan sel-sel kanker sebagai sasaran.

Trastuzumab merupakan salah satu antibodi yang menyerang reseptor HER-2/neu pada permukaan sel-sel kanker pada 25% penderita kanker payudara. Trastuzumab meningkatkan efek obat-obat kemoterapi.

Rituximab sangat efektif untuk mengobati limfoma dan leukemia limfositik kronis. Rituximab berkaitan dengan isotop radioaktif yang dapat digunakan untuk memberi radiasi langsung pada sel-sel limfoma.

Gemtuzumab ozogamicin, yang merupakan kombinasi dari antibodi dan obat, efektif pada beberapa orang dengan leukemia mielositik akut.

Terapi lain yang digunakan adalah terapi untuk memodifikasi respons biologis (biologic response modifiers), yaitu dengan memperbaiki kemampuan sistem kekebalan tubuh untuk menemukan dan menghancurkan sel-sel kanker.

Interferon merupakan terapi yang paling dikenal dan paling banyak digunakan. Hampir semua sel-sel tubuh manusia menghasilkan interferon secara alamiah, tetapi interferon juga dapat dibuat melalui bioteknologi. Meskipun mekanisme kerjanya belum begitu jelas, interferon memiliki peranan dalam terapi berbagai kanker, misalnya sarkoma Kaposi dan melanoma maligna. Interleukin 2, yang dihasilkan oleh sel-sel darah putih tertentu, juga dapat membantu pada karsinoma sel ginjal dan melanoma metastatik.