紋身已有數千年歷史，但科學家至今仍不太清楚它們為何不會在皮膚上消失。通常當皮膚受到外來刺激或破壞時，免疫細胞如巨噬細胞等，會迅速找出源頭並吞噬它，繼而開始癒合過程；但當涉及紋身墨水時，免疫細胞中的酵素，似乎難以降解色素中的龐大顆粒。換言之，墨水不但交織於皮膚細胞之間，更是從巨噬細胞裡面顯現出來。
紋身為何不散？
法國馬賽-魯米尼免疫學中心（Centre d’Immunologie de Marseille-Luminy）的免疫學家 Sandrine Henri 發現，巨噬細胞對墨水的「偏好」，或有助解釋紋身何以頑強不散。巨噬細胞的壽命由數日至數週不等，期間會開始分裂，並釋放細胞中的色素。此時，附近距離不超過幾微米的其他巨噬細胞，便會爭相把色素吞噬。久而久之，紋身圖案的邊緣可能因此移位而變得模糊。
美國德州大學醫學分部的免疫學家 Gary Kobinger 指出，那些免疫細胞的核心通常為灰白色，但在擁有大量紋身的人身上會變成「墨水的顏色」；墨水大致上會停留在巨噬細胞內保持不變。這種攝入、反流、再攝入的循環，正是紋身難以被激光袪除的部分原因，並可能解釋了為何一些「臨時」紋身，並不如所標榜般輕易褪色。
墨水會令細胞變異？
科學家尚未確定巨噬細胞中的「墨水堵塞」會帶來甚麼後果。去年的研究發現，紋身顏料可能會改變巨噬細胞所產生的蛋白質，以及發送給其他細胞的信號。它們也可能對異物產生過度或不足的反應，當紋身出現發炎、感染或過敏跡象，將可能損害免疫系統。不過紋身引發感染的機率僅 5% 或 6%，且感染的通常為細菌，而非病毒。
Henri 認為如免疫系統遇上重大威脅，忙於處理墨水的細胞可能會召喚增援，或很可能最終會重置到新防線上。幾年前，澳洲墨爾本大學免疫學家 Jennifer Juno 與團隊進行實驗，將紋身墨水與疫苗配方混合，以追蹤注射物在白老鼠和獼猴體內的最終位置；當中既沒證據顯示色素會讓免疫細胞出現異常，亦似乎沒影響疫苗效果。
經常紋身的人，免疫分子水平較高？
最新研究還發現，巨噬細胞及其他先天免疫細胞，或能記下曾接觸的一些外來物質，有助對將來的攻擊作出反應；這跟疫苗接種的原理相似，但疫苗針對的是適應性免疫細胞，它們更容易接受此過程。另外，當免疫細胞學習與紋身墨水共存，或可能有助它們校準對其他物質的反應，以及阻止自身免疫攻擊。
美國阿拉巴馬大學人類學家 Christopher Lynn 與團隊發現，經常紋身者血液中某些免疫分子（包括抗體）水平，似乎高於甚少紋身的人（至少於短時間內）；經常紋身或可讓免疫系統定期進行低強度鍛煉，從而令各種防禦細胞更健康。然而，因為缺乏臨床驗證，實際上無法證明抗體隆起是紋身的直接結果；而免疫分子水平較高的人，可能更經常紋身，因他們不太可能有不良反應。
無論紋身是否能增強免疫力，亦可能促進增強免疫力的相關技術。現時大多數疫苗都是注射到皮膚深處的肌肉，當中並沒足夠的免疫細胞；相比之下，皮膚中的免疫細胞能更快作出反應。雖然有一種皮內注射技術，能將疫苗注射於皮膚深層，已用於天花、肺結核和瘋狗症等疫苗，但這種注射技術需經過長時間訓練，若針頭沒打中目標，效力就會急劇下降。專門研究紋身針與注射技術的 Kobinger，透過多項實驗證明紋身方法有助改善皮內注射效果；其他研究也有類似結果。Kobinger 表示，隨著技術進步，將來或有助人們減少多劑量注射，省卻時間、金錢和不適。
