Sono cellule embrionali del midollo osseo e, solo in minima parte, del sangue, che hanno la capacità di essere "totipotenti", cioè di potersi trasformare in qualsiasi tipo di cellula dell'organismo. La vita umana, infatti, ha origine da una sola cellula, chiamata zigote, derivante dall'unione della cellula riproduttiva femminile (cellula uovo) e della cellula riproduttiva maschile (spermatozoo). Questa cellula si riproduce più volte, dando luogo alla formazione di un embrione, che poi si sviluppa in feto (in cui sono ormai distinguibili gli arti). Durante lo sviluppo dello zigote, si ha la differenziazione cellulare, ovvero l'acquisizione delle cellule di svolgere particolari funzioni (ad esempio si formeranno le cellule nervose, quelle del sangue, ecc.). Le cellule staminali trovano larga applicazione in medicina, perché hanno un grande potere di riparare e rigenerare tessuti (associazioni di cellule che svolgono una stessa funzione). Recente è il risultato che possano essere usate per la cura dell'infarto, limitando l'estensione dell'area del cuore colpita, e per la terapia del morbo di Parkinson, andando a sostituire quelle zone del cervello sofferenti che procurano il tremore e la rigidità caratteristici della malattia.