针对传染性微生物的疫苗开发是一项了不起的成就，它通过减轻疾病负担改变了人类历史进程。由于有了有效的疫苗，麻疹和水痘等儿童疾病如今已经很少了；小儿麻痹症在50年前给儿童和年轻人造成了毁灭性的伤害，现在已接近被根除；天花已被根除。天花疫苗的研制是一项特别显著的成就，因为它出现在免疫学或微生物学的基本知识之前，所以我们重点讲它。
引起天花的病毒是一种大型DNA病毒：大天花病毒，它与人类有古老的联系。大约30%的天花病例是致命的。幸存者很好识别，因为他们脸上和身体上有特征疤痕或痘，这是这种疾病的典型特征。
在天花暴发期间进行的几项重要观察为合理的干预工作奠定了基础。首先，从天花中康复的人对之后（即使是几年后再次爆发）的天花病毒感染有抵抗力；第二个观察结果是，接触少量来自感染者皮肤脓疱的物质，为以前未受感染的人提供了一些预防疾病的保护。
是什么使医疗专业人员为了预防疾病而故意感染病人？观察到康复者免受天花感染，这表明我们的病原体防御系统在识别和处理入侵者方面很有办法，但第一次接触病原体时，产生适当反应需要时间，因此，也许可以通过提供少量或减弱的病原体来启动免疫防御系统。
亚洲的卫生专业人员率先尝试这种方法，他们使用了一种叫做天花接种的方法，这种方法是故意在鼻子或皮肤上接种少量干燥或新鲜的传染性天花物质。在人类旅行、传播天花的同时，他们也传播了这种潜在的治疗方法，18世纪早期这种方法在全球范围内得到了很好的应用。
数据确实表明，进行天花接种的人得到了显著的预防天花的保护作用。但这也存在风险，有时接种者会患上天花，有时其他传染性病原体会随着天花病毒一起传播。
然而，1796年爱德华·詹纳(Edward Jenner)进行了重要的第三次观察，为现代疫苗学奠定了基础时，此时天花接种过程得到了广泛应用。感染牛痘病毒的奶牛在乳房上长出脓疱。虽然牛痘对牛来说通常不是什么严重的疾病，但挤奶女工经常在挤奶时被感染，并在手臂和手上出现痘损。生过牛痘的挤奶女工不会得天花。因此，詹纳使用毒性较低的牛痘物质进行接种，而不是使用更致命的天花病变物质。尽管有人持怀疑态度，但他确定牛痘是否能抵御天花的试验是成功的，很快就从天花接种变成了牛痘接种。
20世纪60年代和70年代实施了密集的牛痘接种运动。人们的反抗导致天花被消灭，这是唯一一种被消灭的人类病毒。随着天花疫苗的成功，人们也在努力开发针对许多其他传染性病原体的疫苗。
尽管我们现在的疫苗是在一个更可控的环境中生产的，但当今许多高效疫苗都是基于类似天花疫苗的原理。最常见的两种疫苗都是基于完整的病原体。减毒活疫苗非常有效，因为它们模拟实际感染而不引起疾病，这是免疫系统经历病原体最自然的方式；而活疫苗往往非常有效，当然潜在问题是，一些人可能会患上疾病，病原体还活着，因此可传播。
为制造疫苗而减毒的病毒保留了快速进化的潜力，因此可能会变得更加致命。由于减毒活疫苗含有活性物质，必须冷藏，这可能会限制在世界某些地区的运输。
尽管如此，减毒活疫苗被广泛使用，是预防麻疹、腮腺炎和黄热病的高效疫苗的基础。
用于制备疫苗的病原体可以通过加热灭活或杀死，然后作为疫苗注射。甲型肝炎疫苗是一种灭活病毒疫苗。许多针对细菌病原体的疫苗都是基于被杀死的微生物。与活疫苗不同，这些疫苗必须在不复制的情况下刺激免疫反应。
在失活过程中，分子结构可能发生改变，不被免疫细胞识别。然而，虽然任何疫苗都可能存在问题，要么是因为它不能起到保护作用，要么是因为疫苗配方中的某些成分在某些人身上引起了负面反应，但灭活疫苗不会引起传播或传染病的风险。
虽然病原体的复制有助于为适当的免疫反应奠定基础，但疫苗所提供的保护往往只针对一个或几个病原体分子的部分。确定免疫系统细胞识别的关键分子是疫苗开发的重要进步，因为疫苗可以被配制成只含有重要分子。这些疫苗被称为亚单位疫苗，因为它们只包含部分病原体。这是一个非常有前途的研究领域。迄今为止，成功推向市场的亚单位疫苗很少。乙肝疫苗就是一个很好的例子。
疫苗显然是改善全球人类健康和福祉的进步之一。疫苗接种背后的概念很简单：在不生病的情况下启动免疫系统。
尽管取得了许多成功，但仍有许多疾病没有疫苗。因此，关于免疫系统如何应对多种病原体的未知细节，提供了一个非常活跃的研究领域。