GM-CSF kích thích các tế bào gốc sản sinh ra bạch cầu hạt (bạch cầu hạt trung tính, bạch cầu ưa acid và bạch cầu ưa kiềm) và bạch cầu đơn nhân. Bạch cầu đơn nhân sau khi được sinh ra trong hệ tuần hoàn sẽ di chuyển đến các mô, nơi chúng được biệt hóa thành các đại thực bào và tế bào tua. Vì vậy, GM-CSF được xem như một thành phần của trong chuỗi tín hiệu viêm/miễn dịch tạo ra số lượng lớn đại thực bào giúp chống lại sự viêm nhiễm.[8]

Ở các tế bào trưởng thành của hệ miễn dịch, GM-CSF làm tăng sự di chuyển của bạch cầu trung tính và thay đổi mức độ biểu hiện các thụ thể trên bề mặt tế bào.[9]

GM-CSF truyền tín hiệu thông qua STAT3/5 (protein chuyển đổi và hoạt hóa tín hiệu phiên mã 3/5),[10] kích thích đại thực bào làm tăng hàm lượng gốc tự do oxy hoạt động (reactive oxygen species) và gây thiếu hụt hàm lượng kẽm tự do nội bào, dẫn đến ức chế sự phát triển của nấm bệnh.[11] Bằng cách này, GM-CSF hỗ trợ sự phát triển của hệ thống miễn dịch và thúc đẩy sự bảo vệ chống lại các nhiễm trùng.

Trong quá trình phát triển phôi thai, GM-CSF được xem như một embryokine, làm thay đổi sự biểu hiện gene (đặc biệt là các gene liên quan đến quá trình biệt hóa và chết rụng tế bào) và làm tăng số lượng tế bào bên trong khối nội phôi (embryoblast).[12]