天花病毒引起体液免疫和细胞免疫。
体液免疫是指机体通过B细胞产生抗体来实现免疫效应。当天花病毒进入人体后，会被巨噬细胞等抗原提呈细胞摄取、处理和呈递抗原给T细胞。T细胞识别抗原后，会增殖分化为效应T细胞和记忆T细胞。效应T细胞可以释放细胞因子等物质，增强免疫反应；记忆T细胞则可以在再次遇到相同抗原时迅速产生免疫应答。
细胞免疫则是指机体通过T细胞直接攻击病毒感染的细胞来实现免疫效应。当天花病毒进入人体后，会被巨噬细胞等抗原提呈细胞摄取、处理和呈递抗原给T细胞。T细胞识别抗原后，会增殖分化为效应T细胞。效应T细胞可以识别并攻击感染了天花病毒的细胞，从而清除病毒。
此外，天花病毒还可以引起免疫记忆，使机体在再次遇到天花病毒时能够迅速产生免疫应答，从而保护机体免受天花病毒的感染。