當細胞毒性T細胞遇到受感染或是不健康的體細胞，細胞毒性T細胞會釋放出細胞毒素，如穿孔素、顆粒酶，以及顆粒溶解素。這些酵素會進入目標細胞的細胞質，并使細胞內的絲氨酸蛋白酶誘發胱天蛋白酶的級聯反應，這個反應會使一連串的胱胺酸蛋白酶活化，引發細胞凋亡。
另外一種誘發細胞凋亡的途徑是借由細胞表面受體的結合。細胞毒性T細胞表面上有種表面蛋白，叫FAS配體（FasL，又稱Apo1L、CD95L）。這種蛋白會和目標細胞上的Fas受體（Apo1，又稱CD95）結合。Fas與FasL結合后，會引來死亡誘導訊號復合體（death-induced signaling complex，簡稱DISC），Fas關聯死亡區域（Fas-associated death domain，FADD）會隨著DISC移位，引來胱天蛋白酶原8和10，之后胱天蛋白酶會被胱天蛋白酶3、6，和7活化，導致如lamin A、lamin B1、lamin B2、PARP（聚ADP核糖聚合酶），和DNAPK（DNA活化蛋白激酶）等蛋白被水解，導致細胞凋亡。