是根據某些細胞因子特定的生物學活性，應用相應的指示系統和標準品來反映待測標本中某種細胞因子的活性水平，一般以活性單位來表示，生物學檢測法一般敏感性較高，但實驗周期較長，如集落形成法需10~14d；易受細胞培養中某些因素的影響，如血清、pH、藥物；易受生物學活性相同或相近的其他細胞因子的影響，如檢測IL-2時可受IL-4的干擾，TNF-α和TNF-β（淋巴毒素）表現出極為相似的生物學作用；易受待檢樣品某些細胞因子抑制物的干擾，如IL-1的活性可被IL-1受體拮抗物（IL-lra）抑制，TNF-α可被TNF-BP阻斷；不能區分某些細胞因子的型和亞型，如IFN-α、β和γ，以及IFN-α中不同的亞型顯示相同的生物學活性；某些指示細胞因子的敏感性不同，所獲結果難于標準化，此外，某些人源的細胞因子如Hil-2對小鼠細胞起作用，但鼠源性的IL-2對人的細胞則無刺激作用，生物學檢測法大致可分為增殖可增殖抑制、集落形成、直接殺傷靶細胞、保護靶細胞免受病毒攻擊，趨化作用以及抗體形成法等幾種。