Le thymus est l'organe essentiel de la différenciation et de la maturation fonctionnelle des lymphocytes T. Outre la moelle osseuse et la bourse de Fabricius (chez les oiseaux) il est désigne comme organe lymphoide primaire, par distinction des organes lymphoides secondaires tels que la rate les ganglions et les tissus lymphoides associes aux muqueuses.
Le cortex contient des amas denses de lymphocytes , une prolifération intense est reflétée par un grand nombre de mitoses. En revanche, la densité des cellules lymphoides dans la medulla est nettement plus faible. Elle contient des structures appelées corpuscules de Hassall qui sont composes de couches cellulaire denses, potentiellement des résidus de cellules epithéliales dégénérées. Une barrière intra-thymique similaire a la barrière hemato-encephalique sépare la corticale du sang circulant, alors qu'aucune barrière n'existe pour la médullaire.
Pour des raisons fonctionnelles ainsi qu'anatomiques, les cellules T venant a maturité dans le thymus sont souvent désignées thymocytes. Le profil des marqueurs de surface permet la différenciation immuno-phenotypique des thymocytes et des cellules T matures selon leur stade de développement, les thymocytes sont d'abord très sensibles a la cortisone avant de devenir de plus en plus résistants au cours de leur différenciation. Alors que les thymocytes immatures sensibles a la cortisone, se trouvent majoritairement dans la corticale les thymocytes résistants résident dans la medulla.
Outre les lymphocytes et les corpuscules de Hassall, des cellules epitheliales au cytoplasme large des cellules dendntiques et des macrophages sont trouves dans le thymus. Le thymus est fortement vasculanse et possède des tissus lymphatiques efferents qui drainent vers les ganglions mediastinaux.