其原理是根據細胞因子特定的生物學活性，應用相應的指示系統，如各種依賴性細胞株或靶細胞，同時與標準品對比測定，從而得知樣品中細胞因子的活性水平，一般以活性單位(U／mL)表示。生物學活性檢測法所用的靶細胞可直接從組織中分離，如骨髓細胞的集落形成試驗和胸腺細胞(脾細胞)的增殖試驗，或用體外培養的依賴細胞因子才能生長的細胞因子依賴株及對細胞因子殺傷敏感的細胞作為靶細胞。其測定方法可分為促進細胞增殖和增殖抑制法、抗病毒活性測定法、集落形成法、趨化作用測定法及細胞因子誘導產物測定法等。
   (1)促進細胞增殖和增殖抑制法：目前已建立的應用依賴細胞株檢測各種細胞因子的方法，其操作過程基本相同。檢測細胞因子促生長活性或抑制生長活性是將不同稀釋度的待測樣品或細胞因子標準品與培養的細胞株共同培養一定時間，然后檢測增殖的細胞數。前者的增殖細胞數與細胞因子的含量成正比，而后者的增殖細胞數與細胞因子的含量成反比。常用的檢測細胞增殖的方法有3H-TdR摻人法、比色法、染色法和直接計數法等。其中測定細胞代謝酶活性反映細胞增殖數量的比色法包括MTY、XTF、MTS和NAG等方法，可在酶標儀上自動化檢測，且不接觸核素，較為常用。此外，測定代謝產物熒光強度的方法也可檢測增殖細胞數，如ATP法和cAMP法。細胞因子還能誘導靶細胞表達某些表面分子或分泌一些蛋白質，可以用熒光素標記抗體檢測表達相應分子的細胞數，或用特定方法測定細胞分泌的蛋白質，間接了解細胞因子的活性。
各種集落刺激因子(CSF)作用于造血系統的不同細胞，可促進其增殖及在半固體瓊脂凝膠系統中克隆培養骨髓細胞的集落形成，故可采用集落形成試驗研究CSF的水平。
   (2)細胞毒活性測定法：許多細胞因子針對轉化的細胞及病毒感染的細胞具有溶細胞或抑制細胞生長的活性。檢測細胞因子溶細胞八田胞毒活性或抑制生長活性是將不同稀釋度的待測樣品或細胞因子標準品與培養的細胞株共同培養一定時間，然后檢測存活的靶細胞數，并與對照比較求得溶細胞或抑制細胞生長的百分率，或以OD值對樣品稀釋度作圖，繪制標準品的劑量反應曲線，從曲線上求得相應的待測樣品的含量。檢測活靶細胞數的方法同促細胞增殖法。
   (3)抗病毒活性測定法：檢測樣品中干擾素(1FN)的含量zui常用的方法是檢測其抗病毒活性，其檢測原理是用細胞因子樣品處理易感細胞，使細胞建立抗病毒狀態，然后用適量病毒攻擊細胞，評價病毒的復制量或病毒引起細胞病變被抑制的程度，即可判斷樣品中細胞因子的生物活性。常用于檢測IFN抗病毒活性的細胞株有WISH，Hep2/c，L929，A549，Ratec和MDBK等。其中WISH和Hep2/c細胞株用以檢測人干擾素，L929細胞株用于檢測小鼠干擾素，Ratec細胞株用于檢測大鼠于擾素，而MDBK細胞株則可用于檢測多種屬的IFN-a和IFN-Yo常用于攻擊細胞的病毒有濾泡性口炎病毒(VSV)、鼠腦心肌炎病毒(EMCV)以及Sindbisvirus等病毒。檢測抗病毒活性的具體方法包括測定細胞因子抑制病毒的致細胞病變效應(CPE)、抑制病毒蝕斑形成或抑制病毒的產量等。IFN的抗病毒活性通常以每毫升樣品中所含的單位數(U／mL)表示，IFN的純度則以每毫克蛋白質中所含的單位數(U/mg)或IFN的量(ug/mg)表示。IFN抗病毒活性單位的定義是指能抑制50％細胞病變或50％病毒空斑形成效應的IFNzui高稀釋度的倒數。
    (4)趨化活性測定法：多種細胞因子具有趨化活性，分別能誘導中性粒細胞、單核巨噬細胞等定向遷移。趨化因子誘導細胞移動的方式包括趨化性和化學增活現象。趨化性(chemotaxis)是指誘導細胞向趨化因子化學濃度高的方向作定向移動，可采用瓊脂糖和微孔小室趨化試驗測定細胞因子的趨化活性；化學增活現象(chemokinesis)是指增強細胞的隨機運動，可采用瓊脂糖小滴化學動力學試驗檢測。