CD137 pada permukaan sel T akan bereaksi dengan CD137L pada APC dan kemudian mendestimulasi kedua sel yang sudah menghasilkan respons tersebut. CD137 menginduksi diferensiasi dan pertumbuhan sel T dan APC dengan peningkatan sekresi sitokin. CD137 mendahului sel T CD8+, mencegah AICD yang diinduksi oleh sel T CD8+. Tingkat ekspresi CD137 dalam sel juga dipengaruhi oleh afinitas TCR yang berbeda, dan intensitas serta jenis stimulasi yang berbeda juga dapat mengubah ekspresi CD137L. Pensinyalan antara kemunculan CD137/CD137L juga dapat mengurangi efek sel T dalam menghasilkan respons imun, mencegah aktivasi dan proliferasi sel T, dan mengurangi produksi sitokin. Ketika CD137 tidak diekspresikan pada permukaan sel T, sel T dan sel myeloid akan mengalami proliferasi berlebihan. Hal ini mungkin karena sinyal yang ditransmisikan oleh CD137 itu sendiri menyebabkan semacam molekul pengatur oleh DC, atau mungkin karena sinyal penghambat dari CD137L ke sel T.

CD137 terlarut (sCD137) adalah bentuk CD137 yang larut tanpa aktivitas stimulasi sinergis. sCD137 manusia, yang dihasilkan melalui penyambungan diferensial, secara bersamaan bertindak sebagai regulator negatif yang bergantung pada CD137L untuk menentang aktivitas stimulasi batch CD137 guna menghambat proliferasi sel T efektor. Pada kondisi hipoksia dan penyakit autoimun, kadar sCD137 serum meningkat pada pasien seperti penderita keganasan, artritis reumatoid, dan spondilitis mandatis.

Pada CD137, di bawah pengaruh beberapa faktor yang tidak diketahui, akan dihasilkan beberapa respons imun abnormal, yang akan menyebabkan sistem imun tubuh kehilangan kendali dan menghasilkan respons imun terhadap zat-zatnya dan membahayakan tubuh. Jika tidak ada sinyal stimulasi yang dihasilkan, sel T yang telah bereaksi terhadap antigen tidak akan diaktifkan, menyebabkan sel tersebut mengembangkan toleransi imun, yang secara serius menyebabkan apoptosis. Jika stimulasi yang dihasilkan melebihi batas tertentu, aktivitas sel autoreaktif akan meningkat. Pensinyalan ko-stimulasi CD137/CD137L adalah salah satu pendorong utama respons imun yang dimediasi sel tipe 1, yang melibatkan berbagai penyakit autoimun, termasuk lupus eritematosus sistemik (SLE), artritis reumatoid (RA), diabetes melitus tipe 1 (IMS), dan spondilitis ankilosa.