干细胞是原始且未特化的细胞，它是未充分分化、具有再生各种组织器官的潜在功能。干细胞存在所有多细胞组织里，能经由有丝分裂与分化来分裂成多种的特化细胞，而且可以利用自我更新来提供更多干细胞。干细胞主要具有以下三个特征：
(一)细胞的更新
干细胞能通过有丝分裂产生子代干细胞。干细胞的分裂过程与普通的体细胞有所不同。高等动物的成体干细胞通过不对称分裂产生非对称的细胞决定子分割，使得一部分子代获得维持干细胞状态所必需的信息而成为子代干细胞，另外一部分子代细胞则不得不走向分化。也就是说，一个干细胞的后代中，只有一部分子代细胞可能保持与父代细胞相同的干细胞特征，另外一部分则丧失了干细胞的功能。
(二)细胞的多向分化
干细胞是一群非特化、无具体功能的细胞。干细胞的一个根本属性便是其不拥有任何组织特异性结构，也不产生特定的功能。也就是说，通常条件下干细胞不能像心肌细胞一样完成泵血功能，也不能像红细胞一样完成氧传递功能，更不能像神经细胞一样处理神经信号。但是，这种非特化的细胞能演变为多种特化的细胞，形成相应的组织，这便是分化。分化是一个复杂的过程，目前尚未清楚其全部的机制。
(三)干细胞分裂和分化的调控
干细胞分裂和分化的调控机制十分复杂，目前仅对其有初步的了解。干细胞启动不对称分裂的调控机制在于：由外来信号启动特定因子的自分泌过程，包括细胞不对称分裂存在的反应蛋白、控制基因表达的核内因子，干细胞与非干细胞子代细胞的染色体修饰，以及在瞬时扩增过程中控制细胞分裂周期时钟的启动因子等。
同时，干细胞的分裂和分化还受诸多外在调控因素的影响。控制干细胞发展“命运”的外在因素统称为干细胞微环境，即通常所说的生态位。对于不对称分裂及群体不对称分裂的干细胞，生态位同样显得极其重要。这其中涉及干细胞与干细胞之间、干细胞与非干细胞子代细胞之间以及其与周围细胞之间复杂的近距及远程信号作用机制。主要包括多种细胞因子、细胞膜蛋白的信息介导以及整联蛋白与细胞外基质之间的相互作用。
