Тучные клетки присутствуют в большинстве тканей и, как правило, располагаются вблизи сосудов и нервов.
Они особенно многочисленны в тканях, залегающих на границе организма с внешней или внутренней средой: коже, слизистой лёгких и пищеварительного тракта, а также в ротовой и носовой полостях и конъюнктиве.
Тучные клетки имеются в головном мозге человека, где взаимодействуют с нейроиммунной системой[. В головном мозге мастоциты обнаруживаются в структурах, обеспечивающих передачу висцеральных сенсорных сигналов (например, болевых) или осуществляющих нейроэндокринные функции, а также в гематоэнцефалическом барьере. Они присутствуют в стебельке гипофиза, эпифизе, таламусе, гипоталамусе, области area postrema в стволе мозга, сосудистом сплетении, а также мозговых оболочках. В нервной системе тучные клетки выполняют те же основные функции, что и в остальных частях тела: они задействованы в аллергических реакциях, реакциях врождённого и приобретённого иммунитета, аутоиммунных реакциях и воспалении
Тучные клетки вырабатывают гистамин — вещество, участвующее в воспалительных и аллергических реакциях, а также в производстве желудочной кислоты.