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. Selain itu, efek kostimulasi CD137L berkontribusi pada pembentukan memori imun jangka panjang, yang memiliki implikasi penting untuk mencegah kekambuhan tumor dan pengendalian pertumbuhan tumor secara berkelanjutan.

Pensinyalan ko-stimulasi CD137/CD137L adalah salah satu pendorong utama respons imun seluler tipe 1, yang melibatkan berbagai penyakit autoimun, termasuk lupus eritematosus sistemik (SLE), artritis reumatoid (RA), diabetes melitus tipe 1 (TID), dan spondilitis ankilosa.