ระบบภูมิคุ้มกัน (อังกฤษ: immune system) คือระบบที่ประกอบขึ้นจากโครงสร้างและกระบวนการทางชีวภาพหลายอย่างประกอบกัน มีหน้าที่คอยปกป้องร่างกายของสิ่งมีชีวิตจากสิ่งแปลกปลอม โดยเฉพาะจุลชีพก่อโรค เช่น แบคทีเรีย ไวรัส ปรสิต รา พยาธิ รวมถึงสิ่งแปลกปลอมอื่น ๆ เช่น เซลล์ที่กำลังเจริญเติบโตไปเป็นมะเร็ง อวัยวะของผู้อื่นที่ปลูกถ่ายเข้ามาในร่างกาย การได้รับเลือดผิดหมู่ สารก่อภูมิแพ้ เป็นต้น ในสิ่งมีชีวิตหลายสปีชีส์ ระบบภูมิคุ้มกันจะประกอบด้วยระบบย่อยสองระบบ ได้แก่ ระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด (innate) และระบบภูมิคุ้มกันแบบจำเพาะ (adaptive) ทั้งสองระบบย่อยนี้ทำงานโดยอาศัยทั้งการตอบสนองแบบอาศัยสารน้ำ (humoral) และแบบอาศัยเซลล์ (cell-mediated) สำหรับมนุษย์มีการพบว่าจะมีระบบภูมิคุ้มกันสำหรับระบบประสาทแยกออกมาต่างหาก ทำหน้าที่ปกป้องสมอง โดยถูกแยกจากระบบภูมิคุ้มกันร่างกายตามปกติด้วยตัวกั้นระหว่างเลือดกับสมองและตัวกั้นระหว่างเลือดและน้ำหล่อสมองไขสันหลังเชื้อก่อโรคสามารถปรับตัวและมีวิวัฒนาการเพื่อหลบซ่อนและทำลายระบบภูมิคุ้มกันได้ ระบบภูมิคุ้มกันจึงมีการพัฒนากลไกป้องกันออกมาหลายรูปแบบเพื่อที่จะตรวจจับและทำลายเชื้อก่อโรคเช่นกัน แม้สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอย่างแบคทีเรียก็ยังมีระบบภูมิคุ้มกันแบบพื้นฐานอย่างเอนไซม์ต่างๆ ที่ช่วยป้องกันการถูกรุกรานจากเชื้อแบคทีริโอฟาจ กลไกอื่นๆ ถูกพัฒนาขึ้นมาตั้งแต่สายวิวัฒนาการที่เป็นเซลล์ยูคาริโอตดั้งเดิม และยังพบได้ในสิ่งมีชีวิตยุคปัจจุบันอย่างพืชและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง กลไกเหล่านี้เช่น การกลืนกินโดยเซลล์ สายโปรตีนต้านจุลชีพที่เรียกว่าดีเฟนซิน และระบบคอมพลีเมนท์ สัตว์มีกระดูกสันหลังที่มีขากรรไกรรวมถึงมนุษย์จะมีกลไกป้องกันที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นไปอีก[1] ได้แก่ ความสามารถที่จะปรับตัวในช่วงชีวิตเพื่อให้สามารถตรวจจับเชื้อก่อโรคชนิดหนึ่งๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น ระบบภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวนี้เองที่ทำให้สิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้มีความทรงจำทางภูมิคุ้มกันหลังจากเคยพบกับเชื้อก่อโรคชนิดหนึ่งๆ มาก่อนแล้ว ทำให้เพื่อเจอกับเชื้อก่อโรคนี้ครั้งต่อไปจะสามารถตอบสนองได้อย่างดียิ่งขึ้น กระบวนการนี้เองที่เป็นพื้นฐานของการเสริมภูมิคุ้มกันด้วยวัคซีนความผิดปกติของระบบภูมิคุ้มกันทำให้เกิดโรคได้หลายหลากรูปแบบ รวมถึงโรคภูมิต้านตนเอง และโรคมะเร็ง[2] หากระบบภูมิคุ้มกันทำงานได้ด้อยกว่าปกติก็จะเกิดเป็นภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่อง ทำให้เกิดการติดเชื้อรุนแรงได้ง่ายกว่าปกติ สำหรับมนุษย์อาจเกิดภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องได้จากโรคพันธุกรรม เช่น ภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องหลายอย่างรวมกันแบบรุนแรง หรือเป็นโรคที่เกิดขึ้นภายหลังอย่างเช่นการติดเชื้อเอชไอวีและเกิดเป็นโรคเอดส์ หรือการใช้ยากดภูมิคุ้มกัน ในทางกลับกัน ภาวะภูมิต้านตนเองเกิดจากการที่ระบบภูมิคุ้มกันทำงานได้มากเกินไป จนเกิดการทำร้ายเนื้อเยื่อปกติเหมือนกับเป็นสิ่งแปลกปลอม โรคภูมิต้านตนเองที่พบได้บ่อย เช่น โรคไทรอยด์อักเสบแบบฮาชิโมโต โรคข้ออักเสบรูมาตอยด์ เบาหวานชนิดที่หนึ่ง และโรคลูปัส สาขาวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับระบบภูมิคุ้มกันจะเรียกว่าวิทยาภูมิคุ้มกัน