Çocukken kızamık ya da suçiçeği geçiren biri, genellikle ömrünün geri kalanında aynı hastalığa yeniden yakalanmaz. Bu gözlem çok eski çağlardan beri bilinmektedir; salgın dönemlerinde hastalığı atlatmış kişilerin hastalara bakmakla görevlendirildiği tarihsel kayıtlar vardır. Ancak bu korumanın nasıl sağlandığı ancak modern immünolojinin gelişmesiyle anlaşılabildi. Yanıt, bağışıklık sisteminin karşılaştığı tehditleri hatırlama yeteneğinde, yani bağışıklık belleğinde gizlidir.

Bağışıklık sistemi kabaca iki katmandan oluşur. İlk katman doğuştan gelen bağışıklıktır ve vücuda giren yabancı maddelere hızlı ama genel bir yanıt verir. Deri, mukus, ateş ve bazı akyuvarların mikropları yutması bu katmanın parçalarıdır. İkinci katman ise kazanılmış bağışıklıktır. Bu katman daha yavaş devreye girer ancak son derece özgüldür; yani belirli bir mikroba karşı, o mikrobu tanıyan özel hücreler ve antikorlar üretir. Bağışıklık belleği de bu ikinci katmanın bir ürünüdür.

Kazanılmış bağışıklığın kahramanları, lenfosit adı verilen akyuvarlardır. Vücutta, her biri farklı bir yabancı molekülü tanıyabilen milyonlarca farklı lenfosit bulunur. Bir mikrop vücuda girdiğinde, onu tanıyabilen az sayıdaki lenfosit uyarılır ve hızla çoğalır. Bu hücrelerin bir kısmı mikroba karşı antikor üretirken bir kısmı da enfekte hücreleri doğrudan yok eder. Enfeksiyon kontrol altına alındığında bu hücrelerin çoğu ölür; ancak bir kısmı bellek hücresi olarak yıllarca, hatta onlarca yıl boyunca vücutta kalır.

Bellek hücrelerinin önemi, aynı mikrop ikinci kez saldırdığında ortaya çıkar. İlk karşılaşmada bağışıklık sisteminin etkili bir yanıt oluşturması günler, hatta haftalar alabilir ve bu süre içinde kişi hastalanır. İkinci karşılaşmada ise bellek hücreleri mikrobu hemen tanır ve çok daha hızlı, çok daha güçlü bir yanıt başlatır. Çoğu zaman mikrop, kişi herhangi bir belirti göstermeden ortadan kaldırılır. Kişi hastalığa yakalandığının farkına bile varmaz. İkinci yanıtta üretilen antikorların miktarı da niteliği de ilkine göre belirgin biçimde üstündür; çünkü bağışıklık sistemi ilk karşılaşmadan bu yana mikrobu daha sıkı tutan antikorları seçerek bir tür ince ayar yapmıştır.

Aşılar, bu doğal mekanizmanın bilinçli olarak kullanılmasıdır. Bir aşı, hastalığa yol açmayacak biçimde zayıflatılmış ya da öldürülmüş bir mikrobu, mikrobun yalnızca bir parçasını ya da bu parçanın üretilmesini sağlayan bir genetik talimatı vücuda tanıtır. Bağışıklık sistemi bu zararsız tanıtıma gerçek bir saldırıymış gibi yanıt verir ve bellek hücreleri oluşturur. Böylece kişi, hastalığın riskleriyle karşılaşmadan korunma kazanır. Bazı aşıların birkaç kez tekrarlanması ise belleğin güçlendirilmesi ve kalıcı hâle getirilmesi amacını taşır.

Bağışıklık belleğinin bilinçli kullanımının tarihi, aşıların modern biçiminden çok daha eskiye uzanır. Çiçek hastalığına karşı, hafif seyreden vakalardan alınan maddenin sağlıklı kişilere bulaştırılması yöntemi, Osmanlı İmparatorluğu dâhil pek çok toplumda uygulanmaktaydı. On sekizinci yüzyılda İstanbul'da bulunan bir İngiliz elçisinin eşi, bu uygulamayı gözlemleyerek Avrupa'ya tanıtmıştı. Daha sonra İngiliz hekim Edward Jenner, inek çiçeği geçiren sağıcıların insan çiçeğine yakalanmadığını fark ederek çok daha güvenli bir yöntem geliştirdi. Aşı kelimesinin Batı dillerindeki karşılığının inek anlamına gelen Latince bir kelimeden türemesi bu tarihî kökenden kaynaklanır.

Bağışıklık belleği yalnızca bireyi değil, toplumu da korur. Bir toplumda yeterince fazla kişi belirli bir hastalığa karşı bağışık olduğunda, mikrobun kişiden kişiye yayılması zorlaşır. Bu durum, tıbbi nedenlerle aşı olamayan bebekler ya da bağışıklık sistemi zayıf kişiler gibi savunmasız grupların da dolaylı olarak korunmasını sağlar. Toplum bağışıklığı olarak bilinen bu etki, aşılamanın bireysel bir tercihten öte kolektif bir sorumluluk olarak değerlendirilmesinin temel gerekçelerinden biridir.

Ne var ki bağışıklık belleği her mikropa karşı aynı derecede kalıcı değildir. Grip virüsü gibi bazı mikroplar yüzey yapılarını hızla değiştirir. Bellek hücreleri virüsün eski hâlini tanıyacak biçimde ayarlandığından, değişmiş virüs bu korumanın kısmen dışında kalabilir. Grip aşısının her yıl yenilenmesinin nedeni budur. Bağışıklık sistemi ile mikroplar arasındaki ilişki, bu açıdan bitmek bilmeyen bir saklambaç oyununa benzer: Sistem hatırlamayı öğrenirken mikroplar da tanınmamanın yollarını arar.