人们对旋毛虫感染的免疫学进行了大量研究，发现在所有感染旋毛虫的动物中，除先天无胸腺裸鼠外，均可产生一定的免疫力，对再感染有较显著的抵抗力，表现为肠道内幼虫发育障碍，成虫发育不良，生殖能力减弱和早期排虫，从而减少肌肉内幼虫的数量。动物实验证明，这种保护性免疫力的产生依赖于T细胞，旋毛虫诱发宿主产生保护性免疫力的功能性抗原属胸腺依赖性抗原。
人及动物感染旋毛虫后，血清中免疫球蛋白浓度增加，形成特异性IgG、IgM、IgA、IgE抗体，抗体具有期特异性。IgG是最具有保护作用的抗体类别。感染后的免疫血清或IgM、IgG组分均可破坏或降低肌幼虫的感染性，可杀伤肌幼虫及成虫。
嗜酸性粒细胞：可能作为主要的免疫效应细胞而发挥作用，其作用主要限于旋毛虫的幼虫阶段。补体可增强嗜酸性粒细胞的杀伤作用。