MHC I 和MHC II的精细结构已得到结构生物学的充分解析，所以现在我们对这两个重要分子的外观有了更为深刻和直观的理解。MHC I分子有一个两端封闭的用于结合肽段的凹槽，因此它们所递呈的蛋白质小片段 (多肽) 必须匹配该凹槽的长度。事实上，当免疫学家提取 MHC I 分子的凹槽所结合的多肽进行氨基酸测序后发现，其中绝大多数肽段的长度都在8-9个氨基酸。这些多肽的末端被固定在凹槽两端，但可以通过让多肽中间部分略微凸起以适应凹槽的长度限制。 人类有三个编码MHC I的基因 (HLA-A, HLA-B和HLA-C)，它们都位于6号染色体上。同时因为我们每个人都有两条6号染色体(一条来自母亲，一条来自父亲)，所以我们每个人都有6个编码MHC I 的基因。每个 I 类HLA蛋白会与一个β2微球蛋白结合，共同组成完整的MHC I 分子。据估计全人类的 I 类HLA编码基因共有大约1500种稍有差异的形式，这些HLA-A、HLA-B和HLA-C基因变体所编码的蛋白质的形状大致相同，它们之间仅有一个或几个氨基酸的差异。免疫学家称这种一个分子具有多种变体的现象为“基因多态性”，I 类HLA编码基因就是基因多态性的典型案例。相反，我们所有人的β2微球蛋白基因基本上都是完全相同的。 基因多态性赋予了 MHC I 丰富多样的结合基序，因此MHC I 可以递呈多种多样的多肽。例如，一些 MHC I 分子可以结合富含疏水性氨基酸的多肽， 而其他MHC I 分子则倾向于富含碱性氨基酸的多肽。而由于每个人可以表达六种不同的 MHC I，因此我们的 MHC I 可以展示的多肽种类几乎是数之不尽的。此外，尽管MHC I分子对于凹槽两端所结合的多肽末端氨基酸很挑剔，但它们对多肽中间部位的氨基酸组成却较为宽松。因此，一个给定的MHC I 分子可以结合并展示大量的“符合”特定规则的多肽，最主要的限制是这些多肽末端的氨基酸必须匹配MHC I 的凹槽两端结合基序。