Stamceller er udifferensierte celler. De har to kjennetegn. For det første kan de dele seg mange ganger uten å bli spesialiserte, slik at de fornyer seg selv. For det andre kan de differensiere til en eller flere typer spesialiserte celler. Hvilke gener som blir skrudd på og av, avgjør hva cellen differensierer til.

Stamceller deles inn etter hvor mange celletyper de kan gi opphav til. Totipotente stamceller, de første cellene etter befruktningen, kan gi alle celletyper i kroppen og i fosterhinnene. Pluripotente stamceller, for eksempel de embryonale stamcellene i blastocysten, kan gi alle celletyper i kroppen. Multipotente stamceller finnes i vev hos voksne og kan bare gi noen få, beslektede celletyper.

Et eksempel på medisinsk bruk av multipotente stamceller er beinmargstransplantasjon ved leukemi (blodkreft). Pasienten får først cellegift og stråling som dreper kreftcellene, men som også dreper de bloddannende cellene i beinmargen. Deretter får pasienten bloddannende (hematopoetiske) stamceller fra en giver med lik vevstype, eller egne celler som er høstet på forhånd. Disse stamcellene er multipotente og kan gi opphav til alle typer blodceller. De fester seg i beinmargen, deler seg og differensierer til røde blodceller, hvite blodceller og blodplater. Slik får pasienten et nytt og friskt blodsystem.