Do đóng vai trò quan trọng trong quá trình thực bào của cơ thể, đại thực bào có liên quan trong một số tình trạng bệnh lý do miễn dịch. Ví dụ các đại thực bào tham gia vào quá trình hình thành u hạt (granuloma), các tổn thương viêm do nhiều nguyên nhân khác nhau.Trong hội chứng đáp ứng viêm hệ thống và trong nhiễm trùng huyết, đại thực bào phóng thích các cytokine gây viêm mạnh, đóng vai trò quan trọng trong quá trình bệnh sinh của các hội chứng này.

Trong một số bệnh lý hiếm gặp, tình trạng suy giảm miễn dịch có liên quan đến suy giảm chức năng của đại thực bào cũng như khả năng thực bào không hiệu quả.

Đại thực bào là tế bào chủ đạo trong việc hình thành các tổn thương tiến triển trong chứng xơ vữa động mạch.

Trong đáp ứng với cúm, đại thực bào được tập trung tại hầu họng. Tuy nhiên sự tập trung này có hại hơn là có lợi. Các đại thực bào này không chỉ tiêu diệt các tế bào nhiễm virus cúm mà chúng còn tiêu diệt cả những tế bào lành xung quanh đó.

Đại thực bào cũng có liên quan trong nhiễm HIV. Cũng giống như tế bào T, đại thực bào có thể trở thành ổ chứa để các virus này tiếp tục nhân lên.