CAR的基础设计中包括一个肿瘤相关抗原(tumor-associated antigen， TAA)结合区(通常来源于多克隆抗体抗原结合区域的scFV段)，一个胞外铰链区，一个跨膜区和一个胞内信号区。目标抗原的选择对于CAR的特异性、有效性以及基因改造T细胞自身的安全性来讲都是关键的决定因素。理想的目标抗原只在肿瘤细胞表达并且对肿瘤细胞的存活有重要意义。不幸的是表达的大多数TAA不具备肿瘤细胞限制性，从而导致“是靶向/非肿瘤”毒性的产生。历史看来，CAR改造的T细胞只能瞄定目标细胞表面抗原。然而，瞄定细胞内抗原(通过HLA递呈)的CAR也已经被设计出来了。

　　目前应用广泛T细胞表达的是CD19抗体，这种抗原不但表达于所有正常的B细胞表面也表达于多数恶性增殖的B细胞表面。由于CD19在造血干细胞中不表达，使用抗CD19的CAR-T细胞进行治疗，其毒性也被限制于B细胞再生障碍性贫血。 这种“是靶向/非肿瘤”毒性在治疗B细胞再生障碍性贫血中是可以忍受的。还有另外一些CAR-T的靶向分子，包括瞄定ERRB2(HER-2/neu)治疗肺部和前列腺癌，瞄定前列腺特异性抗原治疗前列腺癌，瞄定CAIX治疗肾细胞癌，瞄定Lewis Y以治疗肺癌和卵巢癌等等。尽管这一列表尚不详尽，但它清晰的表明CAR-T细胞在抗肿瘤方面的广泛应用。

　　尽管大多CAR利用scFV瞄定肿瘤，也有一些利用融合了跨膜信号区的受体配体使CAR的研究更加深入的报道，其中包括anti-VEGFR2，anti-avb6，anti-Her3/4 receptor等。也有一些报道了加载NKG2D受体并CD3z链以增强CAR抗肿瘤效力方案的研究。其中，T细胞瞄定的是广泛表达于多种肿瘤细胞表面的NKG2D配体。为了研究出一种“通用”的CAR，Ang和同事们开发出一种抗FITC的CAR。将FITC连接到治疗性的分子上，如多克隆抗体，配体或核酸适体，能够特异性找到一种或多种肿瘤相关抗原(TAA)以瞄定感兴趣的肿瘤细胞。基因改造的T细胞能够表达抗FITC的CAR来瞄定FITC标记的肿瘤。这种方法能够瞄定多种TAA以限制肿瘤细胞通过下调单个靶分子进行逃逸。更有甚者，这种策略使得一种CAR治疗多种肿瘤成为可能。

　　CAR设计的改进和T细胞的激活无不涉及抗体识别区域亲和力的增强。增强CAR抗原亲和力会提高肿瘤靶向性并伴随抗原表达的下调和T细胞激活的增加。然而Chmielewski说明，通过CAR结合抗原方式进行T细胞的最大量激活并不依赖于抗原结合的亲和力。同样值得注意的是，低亲和的受体可以利用目标抗原的高低表达的差异区分不同肿瘤，能够利用这种特性降低“是靶向/非肿瘤”毒性，从而使得CAR-T细胞的毒性限制于过表达目标抗原的细胞上。另外，在选择高亲和力的CAR抗原方面需要特别小心，一旦与抗原的结合过度紧密，效应T细胞很可能不能结合多种目标分子而限制了其杀伤效力。

　　由于目前的CAR大多基于鼠源抗体的scFV进行设计，这种异源模型可能会引起不希望出现的宿主抗CAR反应。这种针对CAR的反应已有报道。其中一个阻止这种反应的策略是将scFV片段人源化或利用人源抗体设计CAR。这种CAR设计的人源化备选方案目前尚待建立，并为今后临床前和临床研究提供保证。