单核巨噬系细胞有极其重要的两个阶段细胞：单核细胞和巨噬细胞。骨髓释放的单核细胞进入血液循环后迅速分成循环库和边缘库。循环单核细胞的表面高度复杂并有一个分叶状核。单核细胞是该系列中间阶段成熟的非终末期细胞。具有分化为巨噬细胞和DC的潜能。单核细胞进入组织或在骨髓中，因需分化为巨噬细胞和/或DC（图10-1）。此时，单核细胞变得更大并获得组织巨噬细胞特征，含有溶酶体水解酶和细胞内酶弹性蛋白酶和组织蛋白酶；在转化成组织巨噬细胞后，主要生成金属蛋白酶和金属蛋白酶抑制物，失去水解酶的表达，并表达巨噬细胞特异性基因及产物，如诱导型NOS和干扰素γ。单核细胞及其前体亦可分化为无吞噬功能或缺乏Fc受体的DC，发挥抗原递呈功能（图10-1）。单核细胞离开血液后一般不再返回，大部分成为高效的吞噬细胞，组织中巨噬细胞一般也不再进入血液。

分化成熟的巨噬细胞分为游走型和定居型（非炎症性）巨噬细胞两大类。定居型巨噬细胞广泛分布于全身，根据所在部位有不同的形态和名称，如肝脏的库普弗细胞、脑中的小胶质细胞、骨中的破骨细胞、胸腺中的胸腺巨噬细胞。受致炎因子作用，被募集的单核细胞分化为游走型巨噬细胞，这一巨噬细胞胞质富含溶酶体及线粒体，具有强大的吞噬杀菌和吞噬清除体内凋亡细胞及其他异物的能力，并能分泌多种细胞因子、小分子炎症介质、补体成分和胞外酶类物质等，参与炎症反应和免疫调节等作用。它们在形态、生化和功能上的显著差异，主要是由单核细胞分化为巨核细胞时所处的微环境不同而决定的。

白介素（interleukin, IL）-3（IL-3）、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor, GM-CSF）、巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor, M-CSF）是单核巨噬细胞生成的主要生长因子，自身调节则是重要的方式。巨噬细胞接触微生物或免疫刺激因子信号后，通过释放IL-1和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor, TNF）诱导内皮细胞和成纤维细胞合成M-CSF和GM-CSF，与细胞膜上的M-CSFR和GM-CSFR结合而激发信号转导通路，促进对单核巨噬细胞前体细胞增殖的调节。巨噬细胞产生的前列腺素E，释放的巨噬细胞炎症蛋白-1α、2α、单核细胞趋化蛋白-1～3、IL-8和干扰素γ诱导蛋白，则对单核巨噬细胞前体细胞的增殖起负调控作用。此外，M-CSF、GM-CSF和IL-3相互作用可诱导转录因子PU.1的表达，调节巨噬细胞的发育。

伴随细胞成熟表达的分化抗原和蛋白酶类中，溶菌酶是单核巨噬细胞较为敏感和特异的酶。CD68常被用于鉴定巨噬细胞（组织细胞）；CD1a、S-100蛋白被用来鉴定髓系来源的DC。