目前的明星抗原就是T细胞表达的CD19，这种抗原不但表达于所有正常的B细胞表面，也表达于多数恶性增殖的B细胞表面。使用抗CD19的CAR-T细胞进行治疗，最常运用在B细胞再生障碍性贫血上。 还有另外一些CAR-T的靶向分子，包括锚定ERRB2（HER-2/neu）治疗肺部和前列腺癌，锚定前列腺特异性抗原PSA治疗前列腺癌等等，这表明CAR-T细胞在抗肿瘤方面的广泛应用。
为了加强CAR激活信号，研究人员还在T细胞上加上了共刺激信号。第一个被详细研究的T细胞共刺激信号受体是CD28，它能够与靶细胞表面的B7家族成员结合。CD28的共刺激能够带来众多好处，包括促进T细胞的增殖、IL-2的合成表达、抗凋亡蛋白Bcl-xL的分泌，还能使改造后的T细胞抵消肿瘤细胞微环境带来的不利影响。
我们知道，想要根除疾病，T细胞需要迁移到肿瘤病灶区发挥作用。幸运的是，基础和临床试验均表明CAR-T细胞能够迁移到肿瘤周围这一点。基因改造后的T细胞能够表达次生CAR，从而定位于发病部位。为了更好的促进T细胞迁移，研究人员可以在CAR-T细胞中表达CXCR2（CXCL1受体）和CCR4（CCL17受体），改造基因以表达细胞因子受体入手。
锚定好肿瘤细胞后，消灭肿瘤还得依赖于CAR改造T细胞在过继后能够持续保持细胞毒性，能够裂解肿瘤细胞。虽然患者体内肿瘤微环境中的Treg细胞或者免疫抑制分子等会抑制外来和内源T细胞的抗肿瘤活性，但临床数据表明，利用CAR改造T细胞消除肿瘤仍然是目前最有效的抗肿瘤手段。CAR-T细胞保持细胞毒性的一个间接证据是“是靶向/非肿瘤”毒性的存在，比如锚定CD19分子而引起的低丙种球蛋白血症。促炎症细胞因子的增多，是另外一个过继后T细胞保持功能的标志。
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