固有免疫系统的功能就是非特异地识别并清除微生物,或在不能清除的时候将它们包裹起来。肠道上皮细胞可在微生物的刺激下分泌大量免疫球蛋白和细胞因子,这便是肠道固有免疫系统行使防御功能的重要形式。益生菌的治疗目标就是激发肠道免疫系统的这种功能,使机体达到免疫稳态,并在随时对共生微生物和与其有相似抗原决定簇的病原微生物产生反应的同时,不引发过激的炎性反应。

益生菌可通过Toll样受体(TLR)调节免疫系统的功能。TLR是一种跨膜蛋白,其是固有免疫系统行使防御功能过程中重要的信息传递者,其与特定物质结合后可激活脊椎动物的免疫系统。益生菌可干扰与其发生相互作用的其他细菌及宿主肠道表皮细胞上的TLR,进而调节一些抗体的水平,这也是共生微生物给宿主带来的益处之一。

固有免疫系统中的某些细胞可对获得性免疫系统发出指令,因此,益生菌可通过固有免疫系统调节获得免疫系统对环境中其他抗原所产生的反应。固有免疫系统中的巨噬细胞和树突状细胞均可与体内的微生物发生相互作用,将抗原加工并呈递给辅助T细胞,并由后者决定要对抗原产生何种免疫反应。因此,在理论上,益生菌可通过调节抗原呈递细胞的活性,间接调节获得免疫系统的功能。